Nghiên cứu chế biến gelatin từ da cá tra bằng acid acetic

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng iii TÓM TẮT Chế biến gelatin bằng phương pháp acid acetic từ da cá tra đã được tiến hành nghiên cứu trong phạm vi phòng

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Giáo viên hướng dẫn: Sinh Viên Thực hiện:

T.S Bùi Hữu Thuận Ngô Thị Thúy Hằng

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình luận văn nào trước đây

Sinh viên thực hiện Ngô Thị Thúy Hằng

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng ii

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình làm luận văn tôi đã gặp không ít khó khăn về nhiều mặt, nhờ

sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của cha mẹ, thầy cô và bạn bè đã giúp tôi hoàn thành tốt đề tài này Qua đây tôi xin chân thành cảm ơn:

Cha, mẹ đã luôn ủng hộ tinh thần giúp tôi có thêm nghị lực thực hiện tốt luận văn này

Tất cả các thầy, cô bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm quý báu

Cảm ơn thầy Bùi Hữu Thuận đã hướng dẫn tận tình, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành tốt đợt luận văn này

Toàn thể cán bộ quản lý phòng thí nghiệm, các bạn sinh viên lớp Công Nghệ Thực Phẩm K36LT và K34 đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua

Cần Thơ, ngày tháng năm 2012

Sinh viên thực hiện Ngô Thị Thúy Hằng

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng iii

TÓM TẮT

Chế biến gelatin bằng phương pháp acid acetic từ da cá tra đã được tiến hành nghiên cứu trong phạm vi phòng thí nghiệm nhưng ở các nhiệt độ thủy phân lớn hơn 60o

C Nhằm để hoàn thiện thêm quy trình sản xuất gelatin bằng acid acetic từ

da cá tra, đề tài “ nghiên cứu chế biến gelatin từ da cá tra bằng acid acetic” được thực hiện Thí nghiệm được tiến hành khảo sát các yếu tố:

Thời gian, nhiệt độ và nồng độ NaOH trong công đoạn làm sạch nguyên liệu

Thời gian, nhiệt độ và nồng độ CH3COOH đến độ bền gel của gelatin

Tính toán hiệu suất thu hồi potein

Xác định một số chỉ tiêu của gelatin thành phẩm và so sánh với gelatin Trung Quốc, gelatin được sản xuất từ NaOH và gelatin sản xuất bằng acid acetic ở nhiệt độ 60o

C Kết quả thí nghiệm cho thấy:

Nồng độ NaOH thích hợp để làm sạch nguyên liệu là 0,1N ở nhiệt độ 40oC và thời gian 20 phút

Quá trình thủy phân thích hợp được thực hiện ở nhiệt độ 55o

C với nồng độ acid acetic 0,9% và thời gian thủy phân là 7 giờ

Hiệu suất thu hồi protein của tiến trình là 75,67% Độ bền gel của gelatin có được theo phương pháp này đạt được 3,91 g lực/ mm2

cao hơn gelatin trên thị trường của Trung Quốc và gelatin được sản xuất bằng phương pháp kiềm cũng như gelatin được sản xuất bằng acid aceic ở 60o

C

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 NGUYÊN LIỆU CÁ TRA 2

2.1.1 Phân loại 2

2.1.2 Phân bố 2

2.1.3 Hình thái sinh lý 2

2.1.4 Đặc điểm dinh dưỡng 2

2.1.5 Đặc điểm sinh sản 3

2.2 NaOH 3

2.3 ACID ACETIC 3

2.4 COLLAGEN VÀ GELATIN 3

2.4.1 Collagen 3

2.4.2 Gelatin 4

2.5 QUY TRÌNH VÀ THIẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 11

2.5.1 sơ đồ quy trình công nghệ 11

2.5.2 Thuyết minh quy trình 12

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 14

3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 14

3.1.1 Thời gian và địa điểm 14

3.1.2 Nguyên vật liệu 14

3.1.3 Hóa chất sử dụng 14

3.1.4 Thiết bị , dụng cụ 14

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 15

3.2.1 Mục đích thí nghiệm 15

3.2.2 Phương pháp lấy mẫu và phương pháp thí nghiệm 15

3.2.3 Phương pháp phân tích 15

3.2.4 Một số thiết bị được sử dụng trong thí nghiệm 17

3.3 NỘI DUNG VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 19

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng v

3.3.1 Phân tích thành phần hóa học có trong nguyên liệu da cá tra 19

3.3.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình rửa nguyên liệu bằng NaOH với các nồng độ 0,1N; 0,2N; 0,3; 0,4N và nhiệt độ 40o C, 45oC, 50oC ở những thời gian khác nhau 10 phút, 15 phút và 20 phút 19

3.3.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ và thời gian thủy phân lên độ bền gel của gelatin 20

3.3.4 Tính hiệu suất thu hồi và so sánh với gelatin thương mại và gelatin được sản xuất bằng phương pháp kiềm, so sánh với gelatin sản xuất bằng acid acetic ở nhiệt độ cao hơn 21

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 22

4.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NGUYÊN LIỆU 22

4.2 THÍ NGHIỆM 1: Ảnh hưởng của thời gian, nồng độ và nhiệt độ của quá trình rửa bằng NaOH đến tỉ lệ thu hồi nguyên liệu sau khi rửa 22

4.3 THÍ NGHIỆM 2: Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic, nhiệt độ và thời gian thủy phân đến độ bền gel của gelatin 26

4.4 THÍ NGHIỆM 3: Tính hiệu suất thu hồi và so sánh với gelatin thương mại và gelatin được sản xuất bằng phương pháp kiềm, so sánh với gelatin sản xuất bằng acid acetic ở nhiệt độ cao hơn 30

4.4.1 Tính hiệu suất thu hồi 30

4.4.2 So sánh với gelain của Trung Quốc và gelatin sản xuất bằng kiềm 30

4.4.3 So sánh với gelatin được sản xuất bằng acid acetic ở nhiệt độ cao 32

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 33

5.1 KẾT LUẬN 33

5.2 ĐỀ NGHỊ 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

PHỤ LỤC ix

PHỤ LỤC A – CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ix

Phụ lục A1 – Phương pháp xác định ẩm ix

Phụ lục A2 – Phương pháp xác định hàm lượng tro x

Phụ lục A3 – Phương pháp phân xác định hàm lượng đạm tổng số ( Phương pháp Kjeldahl) xi

Phụ lục A4 – Phương pháp xác định hàm lượng lipid xii

Phụ lục A5 – Xác định độ bền gel của gelatin xiii

PHỤ LỤC B – XỬ LÝ SỐ LIỆU THỐNG KÊ xv

1 ẢNH HƯỞNG CỦA NaOH ĐẾN TỈ LỆ THU HỒI DA CÁ TRONG CÔNG ĐOẠN LÀM SẠCH DA CÁ TRA xv

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng vi

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1: Cá tra 2

Hình 2 : Đoạn cấu trúc của gelatin 6

Hình 5: Quy trình sản xuất gelatin từ da cá tra 11

Hình 3: Cân điện tử 17

Hình 5: Water bath 17

Hình 6: Thiết bị vô cơ hóa mẫu 18

Hình 8: Tủ sấy 18

Hình 10: Da cá trước khi rửa NaOH 22

Hình 12: Ảnh hưởng của thời gian đến tỉ lệ thu hồi ở công đoạn rửa 23

Hình 13: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tỉ lệ thu hồi ở công đoạn rửa 24

Hình 14: Ảnh hưởng của nồng độ 24

Hình 15: Đồ thị thể hiện sự tương tác của thời gian và nhiệt độ đến tỉ lệ thu hồi 25

Hình 16: Đồ thị thể hiện sự tương tác giữa nồng độ và nhiệt độ đến tỉ lệ thu hồi 25

Hình 17: Đổ thị thể hiện sự tương tác của thời gian và nồng đô đến tỉ lệ thu hồi 26

Hình 18: Da cá sau khi thủy phân 27

Hình 19: Ảnh hưởng của nhiệt độ đền độ bền gel 27

Hình 20: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ bền gel 28

Hình 21: Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic thủy phân đến độ bền gel của gelatin 28

Hình 22: Đồ thị biểu hiện sự tương tác của nhiệt độ và thời gian thủy phân đến độ bền gel của Gelatin 29

Hình 23: Đồ thị thể hiện sự tương tác giữa nhiệt độ và nồng độ acid acetic thủy phân ảnh hưởng đến độ bền gel của gelatin 29

Hình 24: Đồ thị thể hiện sự tương tác giữa thời gian và nồng độ acid acetic thủy phân ảnh hưởng đến độ bền gel của gelatin 30

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng vii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1: Thành phần hóa học của gelatin 6

Bảng 2: Thành phần acid amin trong gelatin 7

Bảng 3: Phân loại gelatin 9

Bảng 4: Thành phần hóa học của da cá tra 22

Bảng 5: Bảng so sánh gelatin Trung Quốc với glatin da cá tra với hai phương pháp khác nhau 31

Bảng 6: Bảng so sánh gelatin sản xuất bằng phương pháp ở nhiệt độ 550C và 600 C 32

Bảng 7: Bảng phân tích phương sai ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ và nồng độ đến tỉ lệ thu hồi da cá ở công đoạn rửa xv

Bảng 8: Kiểm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của thời gian đến tỉ lệ thu hồi da cá tại công đoạn rửa xvi

Bảng 9: Kiểm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của nhiệt độ đến tỉ lệ thu hồi da cá tại công đoạn rửa xvi

Bảng 10: Kiểm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của nồng độ đến tỉ lệ thu hồi da cá tại công đoạn rửa xvi

Bảng 11: Bảng trung bình bình phương tối thiểu cho TI LE THU HOI với khoảng tin cậy 95% xvii

Bảng 12: Bảng phân tích phương sai ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ và nồng độ đến độ bền gel của gelatin xix

Bảng 13: Kiểm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền gel xx

Bảng 14: Kiểm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của thời gian đến độ bền gel xx

Bảng 15: Kiểm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của nồng độ đến độ bền xx

Bảng 16: Bảng trung bình bình phương tối thiểu cho DO BEN GEL với khoảng tin cậy 95% xxi

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 1

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Thủy sản Việt Nam đang trên đà phát triển và trở thành một trong những nền kinh

tế mũi nhọn, chủ yếu là sản phẩm cá tra phi lê đông lạnh Phần thịt cá được sử dụng trong sản xuất cá tra phi lê đông lạnh chiếm khoảng 30% trọng lượng cá nguyên con, phụ phẩm thải ra chiếm khoảng 70% (da chiếm khoảng 5 – 7%) Phụ phẩm thường được bán cho các xí nghiệp chế biến thức ăn thủy sản với giá rất thấp Nếu có thể tận dụng được nguồn phụ phẩm này để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao hơn sẽ góp phần đưa ngành chế biến thủy sản của nước ta tiến xa hơn nữa Với mục tiêu đó nhiều nghiên cứu sản xuất gelatin từ da cá tra với các phương pháp khác nhau như: phương pháp enzyme, bằng kiềm hay bằng acid đã và đang được thực hiện

Gelatin được xem như là một phụ gia trong sản xuất sản phẩm thực phẩm Gelatin

là các polypeptid cao phân tử, có được nhờ sự thủy phân collagen thu được từ da,

mô liên kết và xương động vật Gelatin có thể hòa tan trong nước được sử dụng như một tác nhân ổn định dạng keo Ngày nay gelatin ngày càng được sử dụng rộng rãi

và phổ biến trong nhiều lĩnh vực: thực phẩm, y học, khoa học kỹ thuật Hầu hết các ứng dụng của gelatin là sử dụng tính chất vật lý đặc biệt của nó hơn là vì giá trị dinh dưỡng của nó

Trên cơ sở sản xuất tham khảo và thực hiện các thí nghiệm thăm dò, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất được tiến hành khảo sát để tìm ra phương pháp sản xuất tốt nhất gelatin từ da cá tra để đưa vào sản xuất công nghiệp

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Tìm các thông số kỹ thuật về nồng độ acid acetic, nhiệt độ, thời gian thủy phân để

có được gelatin có độ bền gel tốt

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 2

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 NGUYÊN LIỆU CÁ TRA

Hình 1: Cá tra

2.1.1 Phân loại

Bộ cá nheo Siluriformes

Họ cá tra Pangasiidae

Giống cá tra dầu Pangasianodon

Loài cá tra Pangasianodon hypopthalmus

2.1.2 Phân bố

Cá tra phân bố ở lưu vực sông Mê kông, có mặt ở cả bốn nước Việt Nam, Lào, Campuchia và Thái Lan Ở nước ta những năm rước đây khi chưa có cá sinh sản nhân tạo, cá bột và cá giống được tìm thấy trên sông Tiền và sông Hậu Cá trưởng thành chỉ thấy trong ao nuôi, ít gặp trong tự nhiên do cá có đặc tính di cư ngược dòng sông Mê Kông để sinh sống và tìm nơi sinh sản tự nhiên

2.1.3 Hình thái sinh lý

Cá tra là loài cá da trơn, thân dài, lưng xám đen, bụng hơi bạc, miệng rộng, có hai đôi râu dài Sống chủ yếu trong nước ngọt, có thể sống được ở vùng nước hơi lợ (nồng độ muối 0,7 – 1%), chịu được nước phèn với pH > 5, không chịu được nhiệt

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 3

2.1.5 Đặc điểm sinh sản

Cá sinh sản tự nhiên vào khoảng tháng 5 – 6 (dương lịch), cá có tập tính di cư đẻ tự nhiên trên những khúc sông có điều kiện sinh thái phù hợp thuộc địa phận Campuchia và Thái Lan, không đẻ tự nhiên ở phần sông Việt Nam, ở Việt Nam chủ yếu được sinh sản nhân tạo trong ao nuôi

Nguồn: http//www.aigiviet.com.vn

2.2 NaOH

Natri hidroxit có công thức hóa học NaOH, thường được gọi là xút Natri hidroxit tạo thành dung dịch kiềm mạnh khi hòa tan trong dung môi Được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như giấy, dệt, nhuộm, xà phòng và chất tẩy rửa, ngoài

ra còn được sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm

Natri hidroxit tinh khiết là chất rắn có màu trắng ở dạng viên, vảy, hạt hoặc ở dạng dung dịch bão hòa 50% Dễ hấp phụ CO2 trong không khí, phản ứng mạnh với nước

và giải phóng một lượng nhiệt lớn, hòa tan trong ethanol, methanol, ete và các dung môi hữu cơ không phân cực, khi tiếp xúc với giấy hoặc sợi sẽ để lại màu vàng

2.3 ACID ACETIC

Acid acetic là hợp chất hữu cơ có công thức hóa học CH3COOH, là một chất lỏng không màu Acid acetic là thành phần chính của dấm, có vị chua và mùi hăng đặc biệt.Trong phân tử gồm có nhóm methyl (-CH3) liên kết với nhóm carboxyl (-COOH)

Acid acetic là một acid đơn giản, ở dạng đậm đặc ăn mòn và tấn công da, nó là thuốc thử hóa học và hóa chất công nghiệp, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất cellulose acetate dùng cho phim ảnh và polyvinyl acetate gỗ keo và các loại vải tổng hợp Trong công nghiệp thực phẩm, cacid acetic được sử dụng theo mã phụ gia thực phẩm E260 được xem như một thứ gia vị điều chỉnh độ chua

- 15% Hydroxyprolin là thành phần đặc trưng của collagen, nó chỉ chiếm 2% trong

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 4

elastin Khi xử lý nhiệt trong môi trường ẩm, các sợi collagen co lại, sau đó bị gelatin hóa khi ở nhiệt độ cao (Nguyễn Thảo Trang, 2011)

2.4.2 Gelatin

2.4.2.1 Khái quát về gelatin

Gelatin là các polypeptid cao phân tử dẫn xuất từ colagen, là thành phần protein chính trong các tế bào liên kết của nhiều loại động vật , bao gồm: xương, da…Tên gelatin được sử dụng từ tiếng Latin “Gelatus” (Võ Tấn Thành, 2000 )

Tổ chức y tế thế giới FAO/WHO 1973, giới hiệu tiêu chuẩn, sự nhận dạng và phân loại gelatin như là một thực phẩm có thể ăn được

Dưới tác dụng của nhiệt các mối liên kết chéo giữa chuỗi polypeptide của collagen

bị phá hủy tạo thành gelatin Trong thương mại gelatin được sản xuất chủ yếu từ xương hoặc da trâu, bò, lợn Gần đây việc sản xuất gelatin từ các phụ phẩm trong ngành chế biến thủy sản đang được quan tâm và có xu hướng phát triển mạnh

2.4.2.2 Sự chuyển đổi collagen – gelatin

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

do sự giảm phân tử (Võ Tấn Thành, 2000)

Để sản xuất gelatin có thể sử dụng bất kỳ nguồn nguyên liệu nào có chứa collagen như da, xương là nguồn nguyên liệu được sử dụng nhiều nhất Sản xuất gelatin theo qui mô công nghiệp ở Mỹ được bắt đầu vào năm 1850, nguồn nguyên liệu chính để sản xuất là da và xương thú, việc sản xuất gia tăng đáng kể vào năm 1930, ở thời điểm này thì da heo được sử dụng như là nguồn nguyên liệu chính Ở châu Âu bằng sáng chế đầu tiên về sản xuất gelatin được cấp ở Anh vào năm 1754 Hiện nay châu

Âu là khu vực sản xuất gelatin nhiều nhất

Ở Việt Nam, việc sản xuất gelatin cũng đã và đang được nghiên cứu, chủ yếu là tận dụng nguồn phế phẩm từ việc sản xuất sản phẩm cá tra file đông lạnh để sản xuất gelatin bằng nhiều phương pháp khác nhau trong quy mô phòng thí nghiệm

Mặc dù có nhiều phương pháp để sản xuất gelatin nhưng quá trình sản xuất vẫn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm Mục đích cuối cùng trong sản xuất gelatin là biến collagen thành gelatin với hiệu suất cao và đạt những tính chất hóa lý tốt Năng suất

và phẩm chất của gelatin bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: phương pháp sản xuất, nguyên liệu, hóa chất sử dụng, cũng như kinh nghiệm của người sản xuất

Quá trình sản xuất bao gồm: thủy phân nguyên liệu với acid, kiềm hoặc enzyme tạo thành gelatin hòa tan trong nước Phương pháp đơn giản nhất để chuyển collagen

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 5

thành gelatin là làm biến tính nhiệt trong môi trường acid nhẹ với nhiệt độ khoảng

40oC Tại chế độ xử lý này các sợi collagen bị mất liên kết hydrogen và hydrophobic (giúp đỡ sự tạo xoắn của các phân tử collagen (Võ Tấn Thành,2000)) Giai đoạn tiếp theo là sự duỗi thẳng của mạch giúp gelatin hòa tan

2.4.2.3 Một số phương pháp sản xuất gelatin

Có hai phương pháp chủ yếu thường được dùng để sản xuất gelatin là phương pháp dùng acid và phương pháp dùng kiềm Gần đây việc sử dụng enzyme để thủy phân collagen thành gelatin cũng đang được nghiên cứu

a Phương pháp thủy phân bằng acid

Việc thủy phân bằng acid ngày càng phổ biến, quá trình thủy phân bằng acid có thể rút ngắn thời gian thủy phân xuống còn 10 – 48h

Trong quá trình sản xuất nguyên liệu được ngâm trong dung dịch acid với nồng độ tối đa là 5%, các acid thường được sử dụng là: HCl, H2SO4, H3PO4, với nhiệt độ thích hợp nhất là 15o

C Quá trình thủy phân được ngừng lại khi nguyên liệu bị acid hóa hoàn toàn và đạt được đến độ phồng tối đa, cuối tiến trình xử lý nguyên liệu được rửa lại bằng nước có nhiệt độ bằng với nhiệt độ thủy phân (Fereidoon Shahidi, 2007)

b Phương pháp thủy phân bằng dung dịch kiềm

Nguyên liệu được ngâm trong môi trường kiềm (thường xử dụng vôi hoặc NaOH) trong nhiều ngày ở nhiệt độ môi trường Dung dịch thu được sau quá trình xử lý bảo đảm loại trừ hiệu quả chất béo, các protein không bền và các phân tử nhỏ ở dạng polysaccharide và các hợp chất hữu cơ nhỏ khác Từ sự loại trừ này, mục đích quan trọng của quá trình thủy phân bằng kiềm là để tiêu hủy một vài liên kết hóa học trong collagen làm cho collagen có thể hòa tan trong nước, quá trình xử lý kiềm kéo dài từ 6 – 20 tuần

Phương pháp xử lý bằng kiềm có thể loại bỏ được một lượng đáng kể phi collagen (Fereidoon Shahidi, 2007)

2.4.2.4 Cấu tạo và thành phần hóa học của gelatin

a Cấu tạo

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 6

Hình 2 : Đoạn cấu trúc của gelatin

Nguồn : http//www.gelatin.co.za

Gelatin được cấu tạo là một chuỗi acid amin gồm 3 acid amin chủ yếu là glycin, prolin và hydroprolin Các acid amin trong phân tử gelatin liên kết với nhau tạo thành một chuỗi xoắn ốc có khả năng giữ nước

Ngoài 3 acid amin trên trong gelatin chứa 18 trong 20 loại acid amin được tìm thấy trong protein: tyrosin, methionin, histidin, hydroxylysin, isoleucin, phenylalanin, threonin, valin, leucin, lysin, serin, aspatic acid, arginin, glutamic acid, alanin, hydroxyprolin, prolin, glycin Mỗi loại chứa một hàm lượng nhất định trong gelatin Các acid amin được liên kết với nhau bởi liên kết peptid Gelatin là loại protein không hoàn hảo vì không chứa tryptophan và thiếu isoleucine, threonin và methionine Những acid amin chứa lưu huỳnh khác như cysteine cũng thiếu hoặc không có

Hai chuỗi cấu trúc đặc trưng của gelatin là:

 -Ala-Gly-Pro-Arg-Gly-Glu-4Hyp-Gly-Pro-

 Gly-X-Y (trong đó X chủ yếu là Prolin và Y thường là Hydroxyprolin)

b Thành phần hóa học của gelatin

Bản chất của gelatin là protein, trong gelatin thành phần chủ yếu là protein, còn lại

là lượng ẩm còn lại trong quá trình sấy và muối khoáng

Bảng 1: Thành phần hóa học của gelatin

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 7

Bảng 2: Thành phần acid amin trong gelatin

Nguồn: Bringing Chemistry to Lyfe, 2003 được trích dẫn bởi Nguyễn Thị Thúy Hằng, 2011

Độ hòa tan của gelatin bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: nhiệt độ, nồng độ và kích thước hạt gelatin Gelatin không tan trong alcohol và hầu hết các dung môi hữu cơ khác

c Khả năng tạo gel

Thành phần của gelatin là các acid amin thu được từ sự thủy phân collagen Khi các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại tạo thành một mạng lưới không gian có trật

tự gọi là sự tạo gel

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 8

Khi protein bị biến tính các cấu trúc (trừ cấu trúc bậc 1) bị phá hủy, liên kết giữa các phân tử bị đứt Các mạch polypeptide duỗi ra gần nhau tiếp xúc và liên kết với nhau tạo thành mạng lưới không gian 3 chiều, mỗi vị trí tiếp xúc của các mạch tạo thành một nút Các thành phần còn lại tạo thành một mạng lưới không gian vô định hình đầy pha phân tán (H2O) khi nồng độ tăng thì khả năng gel hóa tăng vì khả năng tiếp xúc giữa các mạch tăng Các mắt lưới trong gel gelatin chủ yếu là các liên kết hydro, liên kết hydro là liên kết yếu tạo ra sự linh động làm cho gel có được độ dẻo nhất định Khi nhiệt độ tăng liên kết hydro bị đứt và gel nóng chảy, khi để nguội liên kết trở lại và gel được hình thành Sự tạo ra các nút hướng trong gel cũng có thể

do sự tham gia của các liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối giữa các nhóm tích điện ngược dấu hoặc do liên kết giữa các nhóm điện cùng dấu qua các ion đa hóa trị như

Ca2+, trường hợp này gel cứng chắc và bền hơn (Phạm Thu Cúc, 2002)

Để tạo gel tốt hơn, nguyên liệu có thể được acid hóa nhẹ hoặc kiềm nhẹ để đưa pH của protein về điểm đẳng điện làm cho lực đẩy trong gel bị triệt tiêu

Độ bền gel là thuộc tính quan trọng nhất của gelatin và được định nghĩa là trọng lượng (gram lực) cần thiết để đặt lên bề mặt gel với diện tích tiếp xúc là 2

Độ nhớt làm ảnh hưởng đến đặc tính của gel

e Điểm nóng chảy

Điểm nóng chảy là nhiệt độ mà ở đó có thể làm mềm gel của gelatin

Các yếu tố ảnh hưởng đến điểm nóng chảy:

 Thời gian ổn định: điểm nóng chảy của gelatin ở nhiệt độ cao, phụ thuộc vào những điều kiện trong thời gian ổn định đầu tiên

 Nồng độ: độ tinh khiết của gelatin càng cao thì điểm nóng chảy càng cao

 Muối: NaCl hạ thấp điểm nóng chảy của gelatin

f Độ trong

Độ trong của gelatin phụ thuộc vào phương pháp trích ly và điều kiện trích ly Lần trích ly đầu tiên cho gelatin có độ trong cao nhất, độ trong giảm dần ở những lần

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 9

trích ly tiếp theo Dung dịch gelatin có độ trong kém nhất tại điểm đẳng điện Để cải tiến độ trong của gelatin, trong quá trình trích ly có thể tiến hành lọc, tẩy trắng hoặc lắng trong

g Màu sắc

Gelatin thường có màu hơi vàng cho đến vàng sậm, tuy nhiên màu sắc của gelatin phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu, phương pháp sản xuất và số lần trích ly

h Độ ẩm

Hàm ẩm của gelatin có thể lên đến 16%, nhưng gelatin thường được bảo quản ở độ

ẩm 10 – 13%, ở nhiệt độ 25oC và độ ẩm là 13% thì gelatin cân bằng với độ ẩm tương đối của không khí RH = 60 – 65%

2.4.2.6 Phân loại gelatin

Gelatin thương phẩm có hai dạng A và B được ứng dụng rất khác biệt

 Độ nhớt: cho lực bền gel tương đương nhưng A ít hơn B

 Điểm đẳng điện: khi cần sử dụng điện tích âm như carrageenan, sử dụng loại B thích hợp (Võ Tấn Thành, 2002)

Gelatin loại A là gelatin được sản xuất theo phương pháp acid với nguồn nguyên liệu chủ yếu là da (động vật có da mềm)

Gelatin loại B là loại geletin được sản xuất thao phương pháp kiềm, với nguồn nguyên liệu có nguồn gốc từ trâu, bò, bao gồm cả da và xương

Bảng 3: Phân loại gelatin

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 10

Gelatin được sử dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm với những tác dụng như:

 Tạo đông: gelly, jam

b Trong y học

Trong công nghệ dược phẩm, gelatin được dùng làm vỏ thuốc nhộng cứng và mềm

để bảo vệ dược phẩm không tiếp xúc với ánh sáng và oxy

Gelatin còn là chất bổ sung vào khẩu phần làm tăng sức khỏe, làm chất nền cho thuốc mỡ và hồ như kem đánh răng

c Trong nhiếp ảnh

Gelatin rất có ít trong các công đoạn pha chế nhũ tương bạc halogenua để sản xuất phim Gelatin rất quan trọng khi phim tiếp xúc với ánh sáng hay khi phim được rửa

d Trong khoa học kỹ thuật

Gelatin được sử dụng rộng rãi trong khoa học như kỹ thuật đúc điện, chống thấm nước, nhuộm và phủ lam kính hiển vi Gelatin là tác nhân nhũ tương hóa, rất có ích

để kết hợp các chất lỏng và những chất phun xịt khác Ở dạng ít tinh khiết hơn, gelatin được dùng làm keo và chất hồ vải, keo có nguồn gốc từ gelatin được dùng

để dán nhãn trên trái cây và rau quả…

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 11

2.5 QUY TRÌNH VÀ THIẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.5.1 sơ đồ quy trình công nghệ

Hình 5: Quy trình sản xuất gelatin từ da cá tra

Da cá

Xử lý sơ bộ

Rửa

Thành phẩmNghiềnSấy

Cô đặcLọcTrích lyThủy phân

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 12

2.5.2 Thuyết minh quy trình

2.5.2.1 Da cá

Da cá được sử dụng để sản xuất gelatin chủ yếu là da cá tra, là nguồn phụ phẩm được thải ra trong quá trình sản xuất cá tra file đông lạnh

2.5.2.2 Xử lý sơ bộ

Da cá từ nhà máy chế biến thủy sản đem về được tiến hành rửa sạch bằng nước sạch,

để ráo và cắt nhỏ (cắt từng khúc nhỏ), tùy từng điều kiện và dụng cụ thí nghiệm mà cắt nhỏ phù hợp Nếu chưa được sử dụng ngay thì đem cấp đông và bảo quản ở nhiệt độ -20oC

2.5.2.5 Trích ly

Thủy phân xong da cá được đem trích ly gelatin trong nước nóng

2.5.2.6 Lọc

Hỗn hợp sau khi trích ly được tiến hành lọc bằng vải lọc, sau đó lọc bằng bông gòn

để loại bỏ chất béo và các tạp chất còn lại sau quá trình thủy phân

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 13

2.5.2.10 Thành phẩm

Gelatin thường được bảo quản trong túi PE được ghép kín lại hay trong chai có nắp đậy kín, bảo quản nơi thoáng mát

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 14

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM

3.1.1 Thời gian và địa điểm

Địa điểm thí nghiệm: Phòng thí nghiệm bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại học Cần Thơ

 NaOH độ tinh khiết 96,0%, sản phẩm của Trung Quốc

 Acid acetic có độ tinh khiết lớn hơn hoặc bằng 96,0%, sản phẩm của Trung Quốc

 Petroleum ether 60 – 90, sản phẩm của Trung Quốc

 Acid boric độ tinh khiết lớn hơn hoặc bằng 99,5%, sản phẩm của Trung Quốc

 H2SO4 đậm đặc, độ tinh khiết 95 – 98%, sản phẩm của Trung Quốc

 K2SO4, CuSO4, selenium tinh khiết, sản phẩm của Trung Quốc

 Thiết bị ly tâm tay

 Dụng cụ thủy tinh phòng thí nghiệm và nhiều dụng cụ khác như: rỗ nhựa, thao, kéo…

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 15

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

3.2.1 Mục đích thí nghiệm

Mục đích: tìm ra nhiệt độ, nồng độ thích hợp cho quá trình rửa và thủy phân thu được gelatin có độ bền gel, hiệu suất thu hồi tương đối cao với nhiệt độ tương đối thấp, đồng thời cũng xác định được các thành phần cơ bản có trong gelatin da cá tra

và so sánh sự khác biệt của gelatin da cá tra với một số loại gelatin thương mại khác

3.2.2 Phương pháp lấy mẫu và phương pháp thí nghiệm

 Phương pháp lấy mẫu

Da cá tra sau khi được loại bỏ tạp chất và rửa sạch bằng nước sạch tiến hành cắt nhỏ,

để ráo sử dụng cho các thí nghiệm, mẫu chỉ lấy một lần tại công ty cổ phần XNK Casimex Nếu da cá chưa được sử dụng thì chia thành từng bọc nhỏ mỗi bọc khoảng 200g (để dễ dàng khi lấy ra sử dụng) rồi đem trữ đông ở nhiệt độ -20oC Suốt quá trình thí nghiệm sử dụng cùng một nguồn nguyên liệu để tránh sai số

 Phương pháp thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 nhân tố được lặp lại từ 2 đến 3 lần tùy thí nghiệm, kết quả được tính toán và xử lý bằng phần mềm Excel 2003 và Staragaphics Centurion v.15.2 Thông số tối ưu của thí nghiệm trước được chọn làm

cơ sở để khảo sát thí nghiệm tiếp theo

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 16

 Xác định nồng độ NaOH thích hợp để làm sạch da cá

Thí nghiệm được thực hiện bằng cách cho 25g da cá đã được xử lý bằng nước sạch

và ly tâm hết nước, đem đi ngâm rửa bằng NaOH với các nồng độ 0,1N; 0,2N; 0,3N

và 0,4N, các mức nhiệt độ 40o

C, 45oC, 50oC và thời gian 10 phút, 15 phút và 20 phút Quá trình ngâm rửa được thực hiện trong thiết bị water bath, tỉ lệ ngâm rửa là 1:5 (da cá:dung dịch NaOH)

 Xác định nồng độ CH3COOH thích hợp để thủy phân da cá

Thí nghiệm được thực hiện bằng cách cho 25g da cá được thực hiện ngâm rửa (với chế độ rửa tối ưu ở thí nghiệm 1) vào cốc thủy tinh đã chứa sẵn dung dịch

CH3COOH với các nồng độ 0,5%; 0,7%; 0,9% được gia nhiệt đến các mức nhiệt độ

45oC, 50oC, 55oC và giữ trong các khoảng thời gian khác nhau 5 giờ, 6 giờ và 7 giờ, ngâm xong được tiến hành lọc và cho vào các cốc cùng thể tích, cho vào tủ mát 8 –

10oC sau 1 giờ tiến hành đo độ bền gel

 Tính hiệu suất thu hồi protein sản phẩm

Gọi X(g) là lượng protein có trong A(g) da cá

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 17

3.2.4 Một số thiết bị đƣợc sử dụng trong thí nghiệm

Hình 5: Water bath

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 18

Hình 6: Thiết bị vô cơ hóa mẫu Hình 7: Thiết bị lôi cuốn đạm

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 19

3.3 NỘI DUNG VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

3.3.1 Phân tích thành phần hóa học có trong nguyên liệu da cá tra

 Mục đích: xác định được các thành phần có trong nguyên liệu như ẩm, protein, lipid…để làm cơ sở cho các thí nghiệm sau

 Bố trí thí nghiệm: Kết quả thí nghiệm là giá trị trung bình của 3 lần lặp lại

3.3.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình rửa nguyên liệu bằng NaOH với các nồng độ 0,1N; 0,2N; 0,3; 0,4N và nhiệt độ 40 o

C, 45 o C, 50 o C ở những thời gian khác nhau 10 phút, 15 phút và 20 phút

 Mục đích: Tìm ra chế độ xử lý thích hợp nhằm đảm bảo vừa loại bỏ một lượng tạp chất đáng kể vừa thu hồi lại nguyên liệu với tỷ lệ thu hồi cao

 Chuẩn bị mẫu:

Mẫu được chuẩn bị là da cá đã được rửa sạch bằng nước sạch và cắt nhỏ, để ráo nước Nếu cần rút ngắn thời gian làm ráo có thể tiến hành ly tâm để tách nước bằng thiết bị ly tâm tay Mỗi mẫu nguyên liệu được dùng cho thí nghiệm có khối lượng là 20g, ngâm trong NaOH có nồng độ, nhiệt độ và thời gian khác nhau với tỉ lệ da cá/NaOH là 1:5

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 20

và thởi gian tương ứng của thí nghiệm và được gia nhiệt bằng thiết bị water bath để đảm bảo nhiệt độ được ổn định

Thí nghệm được bố trí theo thể thức thừa số 3 nhân tố và 3 lần lặp lại

Nhân tố A: Thời gian gia nhiệt có 3 mức A1 A2 A3

Nhân tố B: Nhiệt độ gia nhiệt có 3 mức nhiệt độ B1 B2 B3

Nhân tố C: Nồng độ NaOH có 4 mức nồng độ C1 C2 C3 C4 Tổng số nghiệm thức: 4x3x3=36 nghiệm thức

B3 A2B3C1 A2B3C2 A2B3C3 A2B3C4 B1 A3B1C1 A3B1C2 A3B1C3 A3B1C4 A3 B2 A3B2C1 A3B2C2 A3B2C3 A3B2C4

B3 A3B3C1 A3B3C2 A3B3C3 A3B3C4 Kết quả ghi nhận là tỉ lệ thu hồi da cá sau khi rửa bằng NaOH

3.3.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ và thời gian thủy phân lên độ bền gel của gelatin

 Mục đích: Tìm ra nhiệt độ, thời gian và nồng độ thủy phân cho ra gelatin có

độ bền cao, ở nhiệt độ thủy phân thấp hơn những tác giả nghiên cứu trước

 Chuẩn bị mẫu: Da cá sau khi rửa bằng NaOH (đã chọn được chế độ rữa thích hợp) rửa sạch lại bằng nước sạch, để ráo và ngâm mẫu trong dung dịch acid acetic với nồng độ, nhiệt độ và thời gian khác nhau, tỉ lệ nguyên liệu/dung dịch acid acetic

là 1:3

 Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí theo thể thức thừa số 3 nhân tố và

2 lần lặp lại, mỗi nhân tố có 3 mức độ khảo sát