nghiên cứu quy trình sản xuất gelatin da cá tra bằng phương pháp kiềm

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Gelatin là một hợp chất cao phân tử thu nhận được từ collagen, một loại protein chủ yếu có trong các mô liên kết của động vật như: xương, da và gân..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

PHAN THỊ TRÚC MAI

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT GELATIN

DA CÁ TRA BẰNG PHƯƠNG PHÁP KIỀM

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Cần Thơ, 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT GELATIN

DA CÁ TRA BẰNG PHƯƠNG PHÁP KIỀM

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

MSSV: LT10022 Lớp: CNTP K36LT

Cần Thơ, 2012

Luận văn đính kèm theo đây, với đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất gelatin da

cá tra bằng phương pháp kiềm” do sinh viên Phan Thị Trúc Mai thực hiện và báo

cáo đã được hội đồng chấm luận văn thông qua

Cần Thơ, ngày tháng năm 2012

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

Phan Thị Trúc Mai

Xin chân thành cảm ơn Thầy Bùi Hữu Thuận, Thầy đã hướng dẫn tận tình và chu đáo,

đã tạo những điều kiện thuận lợi, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu để tôi hoàn thành tốt quyển luận văn này

Bên cạnh đó, xin cảm ơn toàn thể cán bộ phòng thí nghiệm và các bạn sinh viên lớp Công nghệ Thực phẩm K36LT đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua

Cần Thơ, ngày tháng năm 2012 Sinh viên thực hiện

Phan Thị Trúc Mai

TÓM TẮT

Da cá tra là phụ phẩm của quá trình chế biến cá tra fillê công nghiệp, chiếm từ 5-7% khối lượng nguyên liệu phần lớn chỉ được sử dụng trong chế biến thức ăn gia súc hay xuất khẩu với giá rất thấp Đây là nguồn nguyên liệu thích hợp cho việc sản xuất gelatin Đề tài “chế biến gelatin da cá tra bằng phương pháp kiềm” được tiến hành nhằm mục đích tận dụng nguồn phụ phẩm dồi dào, bước đầu khảo sát khả năng sản xuất gelatin da cá tra bằng natri hydroxit

Thí nghiệm được tiến hành nhằm khảo sát ảnh hưởng của các thông số: nồng độ NaOH 0,1N; 0,2N; 0,3N, 0,4N với thời gian ngâm 15 phút; 25 phút; 35 phút ở nhiệt

độ 45oC đến mức độ sạch và tỉ lệ thu hồi của nguyên liệu trong công đoạn làm sạch

da cá tra Ảnh hưởng của nồng độ NaOH 0,01N; 0,02N; 0,03N; 0,04N; 0,05N với thời gian thủy phân 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ, 7 giờ, 8 giờ ở nhiệt độ 45oC trong công đoạn

xử lý NaOH đến độ bền gel của gelatin Xác định các tính chất của sản phẩm gelatin sản xuất bằng natri hydroxit so với gelatin sản xuất bằng acid acetic và gelatin trên thị trường xuất xứ Trung Quốc với các chỉ tiêu: độ bền gel, hàm lượng protein, độ ẩm và hiệu suất thu hồi

Kết quả thí nghiệm cho thấy nồng độ NaOH, thời gian ngâm và thời gian thủy phân ảnh hưởng đến công đoạn làm sạch và xử lý NaOH Với thời gian ngâm là 15 phút và nồng độ NaOH 0,2N ở nhiệt độ 45oC đạt giá trị cảm quan và hiệu suất thu hồi cao nhất Thời gian thích hợp để thủy phân da cá tra là 7 giờ với nồng độ NaOH 0,03N ở nhiệt độ 45oC cho độ bền gel cao nhất Các đặc tính phẩm chất của gelatin da cá tra sản xuất bằng NaOH và acid acetic cao hơn gelatin xuất xứ Trung Quốc hiện hành trên thị trường

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… ii

LỜI CẢM TẠ………iii

TÓM TẮT……… iv

MỤC LỤC……… v

DANH SÁCH HÌNH………vii

DANH SÁCH BẢNG……… viii

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU……… 3

2.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÁ TRA 3

2.2 GELATIN 4

2.2.1 Định nghĩa 4

2.2.2 Collagen 4

2.2.3 Sự chuyển đổi collagen – gelatin 5

2.2.4 Sản xuất gelatin 6

2.2.6 Tính chất của gelatin 7

2.3 ỨNG DỤNG CỦA GELATIN 11

2.3.1 Trong thực phẩm 11

2.3.2 Công nghiệp dược phẩm 11

2.3.3 Công nghiệp hình ảnh 12

2.3.4 Các lĩnh vực khác 12

2.5 QUY TRÌNH SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ TRA BẰNG PHƯƠNG PHÁP KIỀM 13

2.5.1 Quy trình sản xuất 13

2.5.2 Thuyết minh quy trình 14

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 15 3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 15

3.1.1 Địa điểm thực hiện thí nghiệm 15

3.1.2 Nguyên liệu 15

3.1.3 Hóa chất 15

3.1.4 Dụng cụ và thiết bị 15

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 15

3.2.1 Mục đích thí nghiệm 15

3.2.2 Nội dung và bố trí thí nghiệm 15

4.1 THÀNH PHẦN DA CÁ TRA NGUYÊN LIỆU 18

4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ NaOH VÀ THỜI GIAN ĐẾN CHỈ TIÊU CẢM QUAN VÀ HIỆU SUẤT THU HỒI SAU KHI LÀM SẠCH 18

4.2.1 Chỉ tiêu cảm quan 18

4.2.2 Tỉ lệ thu hồi da cá 20

4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN THỦY PHÂN VÀ NỒNG ĐỘ NaOH ĐẾN ĐỘ BỀN GEL CỦA SẢN PHẨM 22

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ……… 25

5.1 KẾT LUẬN 25

5.2 ĐỀ NGHỊ 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 26

PHỤ LỤC……… ix

PHỤ LỤC A: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ix

PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ XỬ LÝ THÔNG KÊ xiv

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin 8

Hình 2.2: Một phần cấu tạo hóa học của gelatin 8

Hình 2.4 Quy trình sản xuất gelatin từ da cá tra bằng phương pháp kiềm 13

Hình 4.1: Ảnh hưởng của thời gian ngâm ở công đoạn làm sạch đến chỉ tiêu cảm quan 18

Hình 4.2: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH ở công đoạn làm sạch đến chỉ tiêu cảm quan 19

Hình 4.3: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và thời gian ngâm ở công đoạn làm sạch đến chỉ tiêu cảm quan 19

Hình 4.4: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến tỉ lệ thu hồi ở công đoạn làm sạch 20

Hình 4.5: Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến tỉ lệ thu hồi ở công đoạn làm sạch 21

Hình 4.6: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và thời gian ngâm ở công đoạn làm sạch đến tỉ lệ thu hồi 21

Hình 4.7: Da cá trước khi làm sạch 21

Hình 4.8: Da cá sau khi làm sạch 21

Hình 4.7: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH thủy phân đến độ bền gel của gelatin 22

Hình 4.8: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ bền gel của gelatin 22

Hình 4.9: Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ NaOH thủy phân đến độ bền gel của gelatin 23

Hình 5.2: Gelatin da cá tra (acid) 24

Hình 5.1: Gelatin da cá tra (kiềm) 24

Hình 5.3: Gelatin xuất xứ Trung Quốc 24

Hình 9: Thiết bị đo độ bền gel xii

Hình 10: Một số thiết bị sử dụng xiii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần axit amin trong gelatin 7

Bảng 3.1 Phương pháp phân tích hóa học 15

Bảng 4.1: Thành phần hóa học của da cá tra 18

Bảng 4.2: Kết quả so sánh một số chỉ tiêu của các loại gelatin 23

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Gelatin là một hợp chất cao phân tử thu nhận được từ collagen, một loại protein chủ yếu có trong các mô liên kết của động vật như: xương, da và gân Gelatin được sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến thực phẩm, trong kỹ thuật nhiếp ảnh, trong công nghiệp và cả trong y học

Gelatin được sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm Các thực phẩm có sử dụng gelatin có thể được chia làm một số nhóm như: kẹo và mứt cô đặc; các sản phẩm từ sữa; các sản phẩm từ thịt;… Gelatin được sử dụng rộng rãi do những tính chất chức năng vật lý hơn là những giá trị dinh dưỡng protein của nó Chúng có nhiệt độ nóng chảy dưới 37oC, điều này làm cho chúng tan chảy trong miệng và rất dễ hòa tan Gelatin được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thịt để làm tăng thêm mùi vị của sản phẩm bên cạnh sự tạo gel làm cho sản phẩm có hình dáng đẹp Trong một số trường hợp, sự keo hóa được biết đến như một đặc tính tạo sự hấp dẫn Chẳng hạn trong đồ hộp thịt, gelatin có thể được thêm vào hộp trước khi thanh trùng Trong quá trình thanh trùng, các chất tiết ra từ thịt được hấp thụ bởi gelatin và tồn tại dưới dạng gel khi mở nắp hộp

Gelatin được sử dụng trong các sản phẩm từ sữa như là một chất tạo cấu trúc Hơn nữa, nó còn có những đặc tính hấp dẫn ngay cả trong trường hợp có sự hiện diện của chất béo Gelatin giúp tạo sự ổn định cho sản phẩm, làm giảm xu hướng tách nước do sự kết hợp với casein trong sũa, làm tăng hiệu suất sản xuất Gelatin có thể cho vào sữa trước khi lên men và nhiệt độ nóng chảy thấp của nó làm cho sản phẩm

có tính đặc thù khi sử dụng

Trong sản phẩm kẹo mứt, gelatin được sử dụng như chất tạo gel trong sản phẩm kết dính Trong việc sản xuất những sản phẩm này, gelatin kết hợp với đường và đường siro Sự cạnh tranh nước giữa gelatin và hợp chất cao phân tử đường trong sản phẩm có hàm lượng nước thấp có thể dẫn đến sự kết tủa của gelatin làm cho sản phẩm trở nên cứng hơn

Trong kỹ thuật nhiếp ảnh, gelatin được sử dụng trong việc làm phim

Trong công nghiệp, gelatin được sử dụng làm keo dán kỹ thuật

Trong y học, gelatin được sử dụng làm vỏ nhộng thuốc (capsules)

Hiện nay trên thế giới gelatin được sản xuất khoảng 140.000 – 160.000 tấn mỗi năm

và mức độ sử dụng gelatin trong thực phẩm tăng trung bình khoảng 3%, chủ yếu sử dụng trong kẹo mứt và những sản phẩm có năng lượng thấp

Ở Việt Nam trong những năm gần đây, thủy sản đã trở thành một trong những ngành kinh tế mũi nhọn về kim ngạch xuất khẩu trong cả nước, đạt 2.246 tỉ USD trong năm 2003 Một số tỉnh thuộc đồng bằng Sông Cửu Long như: An Giang, Đồng Tháp, Vĩnh Long và Cần Thơ với điều kiện thiên nhiên ưu đãi đã và đang

phát triển mạnh ngành nuôi trồng, chế biến và xuất khẩu thủy sản; trong cá tra phi lê đông lạnh là một trong những mặt hàng chủ lực Trong năm 2003, riêng tỉnh An Giang đã cung cấp khoảng 150.000 tấn cá tra nguyên liệu cho các nhà máy chế biến thủy sản Phần thịt cá được sử dụng trong sản phẩm phi lê chiếm khoảng 30% trọng lượng thân cá; phần phụ phẩm mà chủ yếu là da, xương chiếm khoảng 70% (trong

đó phần da cá chiếm 5-7%) trọng lượng thân cá thường được bỏ đi hoặc bán đi với giá rất thấp

Việc khảo sát, nghiên cứu trích ly gelatin từ da cá tra sẽ làm tăng giá trị các phần phụ phẩm, góp phần thiết thực trong việc giải quyết khó khăn cho người dân nuôi cá tra ở các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long và các nhà máy sản xuất mặt hàng cá tra phi lê đông lạnh

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Sản xuất ra sản phẩm gelatin da cá tra bằng phương pháp kiềm, các thí nghiệm được tiến hành như sau:

Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và thời gian ngâm đến quá trình làm sạch da cá tra ở nhiệt độ 45oC

Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và thời gian thủy phân collagen đến độ bền gel của gelatin ở nhiệt độ 45oC

Xác định các tính chất của sản phẩm gelatin da cá sản xuất bằng phương pháp kiềm (NaOH) so với gelatin sản xuất bằng acid acetic và gelatin trên thị trường xuất xứ Trung Quốc

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÁ TRA

Cá tra là một loài cá có giá trị kinh tế cao, trong tự nhiên cá tra phân bố ở sông Chao Phraya (Thái Lan) và lưu vực sông Mekong (Thái Lan, Lào, Campuchia và Việt Nam)

Theo Mai Đình Yên et al (1992) cá tra có thân dài, dẹp ngang, đầu nhỏ vừa phải,

viền lưng dốc từ đầu mõm đến gốc vây lưng, mắt tương đối to, miệng rộng, hai lỗ mũi nằm gần nhau, răng khẩu cái và răng khẩu lá mía biến thành 4 đốm dẹp hình vòng cung Có 2 đôi râu, râu hàm trên ngắn hơn ½ chiều dài đầu, râu hàm dưới ngắn hơn ¼ chiều dài đầu Vây lưng và vây ngực có một gai cứng mang răng cưa ở mặt sau Khởi điểm vây lưng gần như đối xứng với vây bụng Vây mỡ nhỏ, vây hậu môn tương đối dài, vây đuôi phân thùy sau Thân có màu xám, hơi xanh ở trên lưng, hai bên hông và bụng nhạt Vây lưng và vây bụng màu xám đen, phần cuối vây d0uo6i có màu hơi đỏ Cá có kích thước tương đối lớn Mẫu lớn nhất gặp được dài 90cm, nặng 17kg

Theo hệ thống phân loại của G V Lindberg (1974) cá tra thuộc

 Lớp Cá Pisces

 Bộ Cá Nheo Siluriforms

 Họ Cá Tra Pangasidae

 Giống Cá Tra Pangasius

 Loài Cá Tra Pangasius hypophthalmus (Sauvage 1878)

Cá tra là một trong 9 loài thuộc giống Pangasius được phát hiện ở đồng bằng Sông

Cửu Long (ĐBSCL) Đây là loài cá nuôi rất quen thuộc vì có tính háu ăn, có thể tận dụng được nhiều loại thức ăn khác nhau Mặt khác, chúng chịu đựng được tốt với môi trường khắc nghiệt, nuôi được ở mật độ cao, sống được ở nhiều loại hình mặt nước, cả những ao hồ có hàm lượng oxy hòa tan thấp, tăng trưởng nhanh Cá tra có một vị trí quan trọng trong sản xuất nghề cá ở ĐBSCL Từ những năm 1940, cá tra

đã được nuôi trong ao và việt phát triển nghề nuôi cá tra ở ĐBSCL đã góp phần cung cấp nguồn thực phẩm chính yếu cho người dân Vào những năm 1980, cá tra vẫn đang là đối tượng nuôi chủ yếu ở ĐBSCL, 90% diện tích ao hầm ở nông thôn nuôi cá tra Tại các tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Vĩnh Long và Cần Thơ nghề nuôi cá

bè đã và đang phát triển mạnh mẽ, mang tính công nghiệp Kể từ năm 1990, sản phẩm cá tra phi lê đông lạnh đã trở thành một trong những mặt hàng chủ lực góp phần vào sự tăng trưởng liên tục của ngành thủy sản Việt Nam

Phụ phẩm từ quy trình sản xuất cá sau khi phi lê có thể chiếm 75% trọng lượng nguyên liệu (Shahidi, 1994), trong đó riêng phần da cá (được tính từ hai miếng thịt

cá sau phi lê) chiếm từ 5-7% trọng lượng thân cá; đây chính là nguồn nguyên liệu tuyệt vời cho việc điều chế những thực phẩm giàu protein, bên cạnh việc làm giảm

sự ô nhiễm môi trường và cải thiện chất lượng trong chế biến cá

Theo Ramachandran (1967), gelatin là một polypeptide có khối lượng phân tử lớn,

có nguồn gốc từ collagen, thành phần protein chính của tế bào động vật, có trong xương, da và nội tạng

Theo Rose (1987), mặc dù thuật ngữ gelatin đôi khi được dùng để chỉ cho nhiều loại gel khác nhau nhưng chủ yếu dùng để chỉ những hợp chất protein có nguồn gốc từ collagen

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

Theo tổ chức y khoa của Mỹ (USP – United States Pharmacopedia, 1990), gelatin được định nghĩa như là một sản phẩm của quá trình thủy phân collagen có nguồn gốc từ da, xương của động vật Năm 1973, WHO đã đưa ra tiêu chuẩn nhận biết và

độ tinh sạch của gelatin thực phẩm và xem gelatin như là một loại thực phẩm Tượng tự, EC – Europe an Community cũng đã xếp gelatin vào thực phẩm chứ không phải là phụ gia nên gelatin không có số đăng kí của phụ gia “E”

Như vậy, có thể xem gelatin là một sản phẩm có nguồn gốc từ collagen bằng cách thủy phân acid hay kiềm Chính vì thế, các tính chất của gelatin phụ thuộc vào nguồn gốc, tuổi và loại của collagen nguyên liệu

(Nguồn: Võ Quốc Văn, 2004)

2.2.2 Collagen

Collagen là một thành phần cấu trúc chính của các sợi mô liên kết màu trắng và nó hiện diện trong tất cả các mô, cơ quan Collagen là thành phần cấu tạo chiếm khoảng 30% của tất cả protein có trong động vật có xương sống và động vật không xương sống, dưới kính hiển vi, nó được nhìn thấy là các sợi trắng đục được bao quanh bởi các protein và mucopolysaccharide khác

Collagen có trong xương, da, gân, sụn và trong hệ thống tim mạch Collagen là protein hình sợi, không đàn hồi được, do đó bảo vệ cơ chống sự kéo căng Khi xử lý nhiệt trong môi trường ẩm, các sợi collagen co lại, sau đó bị gelatin hóa khi nhiệt độ cao Ở trạng thái tự nhiên, collagen chỉ bị pepsine và collagenase thủy phân sau khi

biến tính mới bị trypsine, chymotrypsine, cacboxypeptydase thủy phân (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2008)

Trong tổng số 20 acid amin được tìm thấy trong protein, thành phần cấu tạo của collagen có đến 18 loại Trong collagen chứa một lượng cao glycin, prolin và hydroxyprolin; các acid amin khác chỉ chiếm 13-15% Hydroxyprolin là thành phần chủ yếu, đặc trưng của collagen, nó chỉ tìm thấy khoảng 2% trong elastin Nhiều tác giả đã mô tả chi tiết về cấu trúc hóa học của collagen (Babian và Bowns, 1997; John, 1997; Veis, 1978; Ledward, 1986; Rose, 1987; Stainsby, 1990, Võ Quốc Văn, 2004)

2.2.3 Sự chuyển đổi collagen – gelatin

Sử chuyển đổi của collagen thành gelatin là sự chuyển đổi chủ yếu xảy ra trong việc sản xuất gelatin Sự chuyển đổi này của những thớ có tổ chức cao của collagen, chúng không tan trong nước, tạo thành một hệ thống khử polymer gọi là gelatin đã được mô tả chi tiết bởi Veis (1964) Sự phức tạp trong cấu trúc của collagen và sự

đa dạng của các phương pháp xử lý bằng enzym và hóa chất có thể áp dụng trong sản xuất gelatin, giải thích sự hiện diện đa dạng của nhiều loại gelatin

Mặc dù những phương pháp kiểm soát chất lượng và sản xuất hiện đại đã được sử dụng nhưng sản xuất gelatin thương mại vẫn còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm

Nó đòi hỏi xúc tác thủy phân bằng acid hoặc kiềm cho gelatin, một dạng keo tan trong nước Enzym thủy phân cũng được sử dụng trong việc thủy phân gelatin Cách đơn giãn nhất để chuyển đổi collagen thành gelatin là làm biến đổi tính tan của collagen Biến tính nhiệt có thể thực hiện bằng cách gia nhiệt collagen trong môi trường acid yếu đến nhiệt độ khoảng 40oC Tại điểm này các thớ và 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 (Johns

và Courts, 1977; Võ Quốc Văn, 2004) Bước tiếp theo phản ứng thủy phân collagen

là bẻ gãy các liên kết nội phân tử giữa 3 chuỗi của xoắn ốc

Phản ứng thủy phân collagen có thể dẫn đến 3 kết quả:

 Sự hình thành của 3 chuỗi α độc lập

 Sự hình thành của một chuỗi β (2 chuỗi α được liên kết bởi một hoặc hai liên kết cộng hóa trị) và một chuỗi α độc lập

 Sự hình thành của một chuỗi γ (3 chuỗi liên kết bởi liên kết cộng hóa trị)

Điểm khác biệt chủ yếu giữa các hình thức α, β và γ của gelatin là trọng lượng phân

tử Ở dạng α, trọng lượng phân tử thay đổi từ 80.000 - 125.000 và ở dạng β từ 160.000 - 250.000 Ở dạng γ có trọng lượng phân tử từ 240.000 - 375.000 (Võ Tấn Thành, 2000)

Gelatin thương mại được chia làm 2 nhóm: gelatin nhóm A thu được từ cách tiền xử

lý bằng acid và gelatin nhóm B thu được từ cách tiền xử lý bằng kiềm Một số

nguyên liệu, chẳng hạn như xương có thể được tiền xử lý bằng cả 2 quá trình nhưng những loại khác nhau, ví dụ như da heo thì quy trình xử lý bởi một phương pháp riêng biệt (Võ Quốc Văn, 2004)

2.2.4 Sản xuất gelatin

Gelatin được sản xuất từ sự thủy phân collagen, với nguồn nguyên liệu chủ yếu là

da và xương Ngoài ra, còn có thể sử dụng bong bong cá Sản xuất gelatin công nghiệp ở nước Mỹ được bắt đầu vào năm 1850 Vào khoảng thời gian này, nguồn nguyên liệu chủ yếu là xương, da thú nhưng việc sản xuất chỉ tăng đáng kể vào năm

1930 khi da heo được sử dụng như một nguồn nguyên liệu Ở Châu Âu, 25 – 30 năm sau sự sản xuất gelatin mới bắt đầu, nhưng hiện nay Châu Âu là một trong những khu vực sản xuất gelatin nhiều nhất

Với nguồn nguyên liệu thô ban đầu khác nhau, gelatin sản xuất từ xương, da, da heo, cũng có sự phân biệt Gelatin cũng phân biệt theo tiến trình sản xuất Gelatin được chia làm hai dạng: gelatin A được trích từ việc xử lý axit và gelatin B được trích từ việc xử lý kiềm (Fereidoon Shahidi, 2007; Võ Quốc Văn, 2004)

2.2.5 Xử lý

Sản xuất gelatin công nghiệp liên quan đến các quá trình xử lý và điều kiện thủy phân cấu trúc tổ chức collagen để đạt được gelatin có thể tan Điều này có thể được thực hiện bằng một quy trình xử lý axit hoặc kiềm

2.2.5.1 Xử lý bằng axid

Trong thời gian gần đây, quá trình xử lí bằng acid ngày càng trở nên quan trọng ở Châu Âu, có thể rút ngắn thời gian thủy phân trong thời gian ngắn (10 – 48 giờ) Quá trình này thích hợp dùng cho những collagen có ít liên kết ngang cộng hóa trị thường được tìm thấy trong da heo, da cá hay protein xương sạch – các loại collagen còn trẻ, chưa trưởng thành Da của heo con thường khoảng 9 tháng tuổi có

ít liên kết ngang nên ngâm trong dung dịch acid 18 - 24 giờ sẽ tạo hiệu quả cho quá trình chuyển đổi Acid sulfuric và acid chlohydric thường được dùng, có thể kết hợp với acid phosphoric để làm chậm quá trình tạo màu Riêng đối với da cá nước ngọt , nhiều loại acid hữu cơ có thể được sử dụng như: acid acetic, acid citric hoặc acid lactic…để làm trương nở da một cách có hiệu quả Ưu điểm của quá trình xử lý acid là thời gian xử lý nhanh

Quá trình xử lý bằng axit đã được sử dụng rộng rãi đối với các chế phẩm collagen Điều kiện xử lý axit phổ biến nhất được sử dụng là dung dịch axit acetic 0,5M (Fereidoon Shahidi, 2007; Võ Quốc Văn, 2004)

2.2.5.2 Xử lý bằng kiềm

Xương hoặc da được ngâm trong môi trường kiềm (thường sử dụng vôi hoặc NaOH) trong nhiều tuần ở nhiệt độ môi trường Sự hình thành trong dung dịch xử lý bảo đảm loại trừ hiệu quả chất béo, các protein không bền và các phân tử nhỏ ở

dạng polysaccharides và các hợp chất hữu cơ nhỏ khác Xuất phát từ sự loại trừ này, một mục đích quan trọng của quá trình xử lý 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 có thể kéo dài từ 6 – 20 tuần

Một lợi thế của phương pháp xử lý bằng kiềm có thể loại bỏ một lượng đáng kể các chất phi collagen (Fereidoon Shahidi, 2007; Võ Quốc Văn, 2004)

2.2.6 Tính chất của gelatin

Khi dùng gelatin trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, tính chất công nghệ của gelatin là yếu tố được quan tâm hàng đầu Các tính chất này ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm, khả năng ứng dụng của gelatin vào các loại sản phẩm khác nhau

Vì vậy cần phải nghiên cứu đầy đủ, sâu sắc các tính chất công nghệ của gelatin nhằm nâng cao khả năng ứng dụng của gelatin

2.2.6.1 Cấu trúc hóa học của gelatin

Trong thành phần của gelatin, protein chiếm 86 – 90%, muối vô cơ chiếm không quá 2%, nước chiếm từ 8 – 12% Phân tích 100g gelatin ta thu được 18 loại axit amin với tỉ lệ như trong bảng sau:

Bảng 2.1: Thành phần axit amin trong gelatin

Phenylalanyn 1,1 Aspartic acid 4,8 Glycin 23,2

(Nguồn: Bringing Chemistry to Life, 2003)

Thành phần protein trong gelatin có gần đầy đủ các loại acid amin, ngoại trừ tryptophan và cystein chỉ đôi khi tìm thấy dạng vết

Tỉ lệ giữa các acid amin có thể khác nhau, phụ thuộc vào nguyên liệu và phương pháp sản xuất Các acid amin liên kết với nhau theo liên kết peptide tạo thành phân

tử gelatin

Mặc dù có gần đủ các loại acid amin nhưng gelatin không phải là một hệ protein hoàn chỉnh khi so sánh với hệt protein trứng hay sữa thì gelatin có một hệ protein không hoàn chỉnh và chưa cân đối Protein của gelatin cũng tương tự như các nguồn khác thiếu thành phần tryptophan, có tỉ lệ giữa các acid amin không cân đối so với nhu cầu hấp thu các loại acid amin của con người

Hình 2.1 Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin

(Nguồn: Bringing Chemistry to Life, 2003)

Gelatin không là chất hóa học đơn giản mà là sự kết hợp của những amino axit liên kết peptid tạo thành dạng polymer khác nhau có khối lượng phân tử từ 15000 –

400000 (Theo trích dẫn của Hồ Thị Xuân Hồng, 1998; Võ Quốc Văn, 2004) Gelatin chứa 50,5% carbon, 6,8% hydrogen, 17% nitrogen, 25,2% oxygen và 0,5% lưu huỳnh

Hình 2.2: Một phần cấu tạo hóa học của gelatin

(Nguồn: http://www.gelatin.co.za)

2.2.6.2 Tính chất vật lí của gelatin

Gelatin là chất rắn dạng miếng, vảy, bột hoặc hạt, không mùi, không vị, trong suốt,

có màu từ vàng nhạt đến màu trắng Ở nhiệt độ và độ ẩm bình thường, gelatin chứa

từ 9-12% ẩm và có tỉ trọng riêng từ 1,3-1,4

Các hạt gelatin rắn khi ngâm trong nước sẽ hút nước và trương nở Gelatin có thể hấp thu một lượng nước gấp 5-10 lần khối lượng của nó Khi gia nhiệt, gelatin đã hydrat hóa sẽ nhanh chóng chuyển thành dạng dung dịch

Gelatin tan trong các polyol như glycerin, propylen glycol, sorbitol, mannitol, không tan trong cồn, acetone, CCl4, benzen, ether và các dung môi hữu cơ khác Các muối phosphate, citrate, sulfate ở nồng độ thấp cũng làm gelatin trong dung dịch nồng độ cao kết tủa

Nồng độ dung dịch: độ nhớt của dung dịch đậm đặc phụ thuộc chủ yếu vào tương tác thủy động học giữa các phân tử gelatin

Dung môi: ảnh hưởng của dung môi và các phân tử càng trở nên kém quan trọng khi nồng độ dung dịch tăng lên

pH của dung dịch: độ nhớt nhỏ nhất tại điểm đẳng điện pI

Nhiệt độ: trên 40oC độ nhớt sẽ giảm theo tỉ lệ mũ với độ tăng của nhiệt độ

Tại giá trị pI dung dịch có độ nhớt nhỏ nhất Ngoài khoảng pI, dung dịch có nồng

độ càng cao, độ nhớt càng tăng mạnh

 Khả năng tạo gel

Gelatin trương nở khi được cho vào nước, hấp thụ một thể tích nước bằng 5 - 10 lần thể tích của bản thân nó Khi được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn điểm tan chảy, gelatin đã trương nở hòa tan và tạo thành gel khi được làm nguội Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dịch và dạng gel có tính thuận nghịch Tính chất này được lợi dụng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm

Ngoài ra, gel của gelatin bắt đầu tan chảy ở 27 - 34oC và có khuynh hướng tan trong miệng Tính chất này được ứng dụng nhiều trong thực phẩm Cơ chế cơ bản của sự tạo gel là sự thay đổi ngẫu nhiên của dạng xoắn ốc Acid amin của các chuỗi polypeptide khác nhau tạo một hình thể xoắn ốc khi làm nguội và các vòng xoắn này được ổn định nhờ các cầu hydro, tạo gel ba chiều Sự tạo gel của gelatin được xem như sự tái tạo một phần collagen và phần đã được tái tạo này hoạt động như một đoạn chức năng của gel

Quá trình thủy phân có thể được xúc tiến bởi nhiều tác nhân: acid, base, nhiệt độ, enzyme, vi khuẩn và chiếu xạ, tạo nên sự giảm từng bước trong tính chất tạo gel của gelatin Phạm vi thủy phân được xác định bằng cách đo độ bền gel

Dung dịch 6,667% trong nước

Điều chỉnh pH bằng acid citric hoặc NaOH đến giá trị thích hợp

Dung dịch được giữ ở 60oC, 80oC, 100oC trong 3 giờ, 8 giờ, và 24 giờ Đo độ bền gel theo tiêu chuẩn Anh sau 17 giờ ở 10oC

 Khả năng tạo màng của hỗn hợp gelatin với các phụ gia khác

Trong ngành công nghiệp như thực phẩm hay dược phẩm, màng gelatin được dùng rất phổ biến Tuy nhiên màng gelatin luôn được tạo thành cùng với các phụ gia khác nhằm hỗ trợ các đặc tính của nhau và hạ giá thành sản phẩm

- Nồng độ: khi độ tinh khiết của gelatin tăng, điểm nóng chảy cũng tăng

- Muối : NaCl hạ thấp điểm nóng chảy của gelatin

Với những đặc tính của gelatin như đã trình bày thì so với nhiều loại phụ gia khác

có tính chất tương tự gelatin có nhiều ưu điểm hơn

Gelatin được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau Quan trọng nhất là trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm Ngoài ra còn phải kể đến các ngành như điện ảnh, mỹ phẩm, sơn, chất dán,…

2.3.1 Trong thực phẩm

2.3.1.1 Bánh kẹo

“Thạch” dùng để tráng miệng: thành phần bao gồm đường saccharose, glucose syrup, đường nghịch đảo, gelatin, dịch trái cây, chất đệm, màu và mùi Toàn bộ hỗn hợp được hòa tan trong nước nóng sau đó đem làm nguội để tạo nên sản phẩm thạch mềm dai và trong

Trong kẹo, gelatin có vai trò là chất tạo bọt (làm giảm sức căng bề mặt của pha lỏng), chất ổn định (tạo độ bền cơ học cần thiết tránh biến dạng sản phẩm), chất liên kết (liên kết một lượng lớn nước kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm)

2.3.1.2 Các sản phẩm từ sữa

Gelatin được sử dụng như một phụ gia tạo cấu trúc trong công nghiệp sữa và các sản phẩm từ sữa Gelatin có thể được bổ sung vào sữa trước khi lên men và điểm tan chảy thấp của chúng (< 37oC) tạo cho sản phẩm cuối cùng cảm giác đặc trưng trong miệng

2.3.1.3 Công nghiệp thịt

Các sản phẩm thịt giữ một vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm ở nhiều quốc gia Gelatin thu được từ nguyên liệu động vật và có thể xem như một thành phần tự nhiên của protein thịt trong các sản phẩm từ thịt

2.3.2 Công nghiệp dược phẩm

Gelatin là thành phần của viên ngậm, viên bao, dung dịch đẳng trương chứa từ 0,5 0,77% gelatin hoặc gelatin là thành phần của một loại thuốc sát trùng được sử dụng như nước mắt nhân tạo

-2.3.3 Công nghiệp hình ảnh

Gelatin được sử dụng trong nhiếp ảnh với 3 chức năng:

- Tác nhân liên kết

- Tạo ra nhũ tương trong đó gelatin hút nước, tạo thành dung dịch khi gia nhiệt

và chuyển thành dạng gel khi làm nguội, sau khi chiết hết nước hình thành một trạng thái bền

- Thể tích trương nở của gelatin bảo đảm cho các phản ứng hóa học diễn ra trong suốt quá trình tráng phim

Gelatin thường được dùng là gelatin loại B, sản xuất từ xương

Trong công nghệ mạ điện, gelatin giúp tạo ra một lớp màng phủ đồng nhất và mỏng Trong công nghệ sinh học, gelatin có thể dùng làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật,

là nguồn cung cấp nitrogen cho vi sinh vật phát triển…