Tach chiet collagen tu da ca tra bang phuong phap hoa hoc

citric - Thời gian xử lý - Tỷ lệ w/v Xử lý kiềm Rửa - Nồng độ H2O2 - Thời gian Rửa Xử lý oxy già * Rửa Kết tủa Thu kết tủa Làm sạch Xử lý oxygià* Bảo quản collagen - Thẩm tích - Hòa t

TÁCH CHIẾT COLLAGEN TỪ DA CÁ TRA (Pangasius hypophthalmus) BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

ISOLATION COLLAGEN FROM CATFISH SKIN (Pangasius hypophthalmus) BY

CHEMICAL METHODS

(1*), (2), (4) Khoa Công nghệ Thực phẩm (3) Viện nghiên cứu Công nghệ sinh học và Môi trường

Đại học Nha Trang (*)Email liên lạc tác giả: huyencncb@gmail.com

Tóm tắt

Quy trình tách chiết collagen từ da cá tra bằng phương pháp hóa học được nghiên cứu Kết quả cho thấy để tăng hiệu quả cho quá trình tách chiết collagen, ban đầu da cá tra được xử lý bằng NaOH 0,2M, w/v=1/10, trong thời gian 20 giờ, thay dung dịch xử lý 2 giờ một lần, rồi tiếp tục xử lý axit citric 0,003M, w/v= 1/8, trong thời gian 30 phút Xử lý hydroperoxide(oxy già) là không hiệu quả

để khử sắc tố trên da cá Quá trình chiết collagen được thực hiện với acid acetic 0,5M, w/v =1/10 trong 34 giờ, dịch chiết được kết tủa collagen bằng NaCl 2,5M Công đoạn làm sạch được thực hiện với dung môi Na 2 HPO 4 0,02M Hiệu suất thu collagen là 76,9% (tính theo % khối lượng khô), khả năng giữ nước là 415%, nhiệt độ biến tính 39 0 C, collagen thu được có 4 loại protein có các khối lượng phân tử lần lượt là 217kDa, 185kDa, 156kDa, và 104kDa

Abstract

The process of extracting collagen from catfish skin by chemical methods was studied The results showed that to increase the efficiency of extracting collagen, first, catfish skin was treated with 0.2 M NaOH, w / v = 1 / 10, during 20 hours, changing treatment solution every 2 hours, and then processing by 0.003 M citric acid, with a solid/solution ratio of 1/8, in 30 minutes Handling the skin with hydroperoxide (hydrogen peroxide) was not effective in reducing the pigment in the fish skin Collagen extraction process was performed with 0.5 M acetic acid, a solid/solution ratio of 1 / 10 in

34 hours, collagen extracts were precipitated with NaCl 2.5 M The purification was done with solvent

Na 2 HPO 4 0.02 M Yield of collagen is 76.9% (% of dry weight), water holding capacity is 415%, denaturation temperature was 39 0 C, collagen obtained 4 proteins of molecular weight 217kDa, 185kDa, 156kDa, and 104kDa

Từ khóa: collagen, chiết collagen, da cá Tra

I.ĐẶT VẤN ĐỀ

Cá tra là một loài thủy sản được nuôi khá phổ biến ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long trong

đó một lượng đáng kể là Pangasius hypophthalmus Sản lượng thu hoạch cá tra ở Việt Nam năm 2010

được ghi nhận là 1,141 triệu tấn, sản lượng xuất khẩu đạt 645.000 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 1,39 tỉ USD(Hiệp hội Chế biến & Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam) Ước tính nếu đưa vào sản xuất 700.000 tấn

cá tra sẽ loại ra 100.000 tấn mỡ và khoảng 50.000÷70.000 tấn phế liệu da và xương Như vậy nguồn phụ phẩm da cá là khá dồi dào để nghiên cứu sản xuất collagen

Collagen mà đặc biệt là collagen từ thủy sản được đánh giá có khả năng ứng dụng cao không những trong ngành thực phẩm mà trong ngành mỹ phẩm và dược phẩm (C Meena và cộng sự, 1999, Bryan Jeun và cộng sự, 2002) Trên thế giới việc nghiên cứu sản xuất collagen được quan tâm từ những năm 1990 nhưng ở Việt Nam cho tới nay chưa có một công bố nào về nghiên cứu thu nhận collagen được đưa vào ứng dụng

Các tác giả trên thế giới đã nghiên cứu thu nhận collagen bằng phương pháp hoá và phương

Việt Nam bằng phương pháp hoá học Nghiên cứu này sẽ đề xuất được quy trình tách chiết collagen và xác định một số tính chất cơ bản của sản phẩm collagen

II NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Chuẩn bị mẫu

Da cá tra được lấy từ xí nghiệp chế biến cá tra thuộc công ty cổ phẩn Nam Việt, khu công nghiệp Mỹ Quý, phường Mỹ Quý, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang Da cá đã được sơ chế và cấp đông dạng block, đóng gói PE, có trọng lượng 6kg/block, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu Nguyên liệu được cho vào thùng xốp cách nhiệt, duy trì nhiệt độ bảo quản bằng nước đá gel rồi vận chuyển về

Chiết collagen

Làm khô Bao gói

- Loại axit

- Nồng độ

- Thời gian

- Tỷ lệ

Rửa

Da cá tra Cắt miếng

Xử lý axit citric

- Nồng độ a citric

- Thời gian xử lý

- Tỷ lệ w/v

Xử lý kiềm

Rửa

- Nồng độ

H2O2

- Thời gian

Rửa

Xử lý oxy già (*)

Rửa

Kết tủa Thu kết tủa

Làm sạch

Xử lý oxygià(*)

Bảo quản collagen

- Thẩm tích

- Hòa tan và tủa lại nhiều lần

Hình 1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát

cho thí nghiệm: các bánh da cá sau khi được rã đông tự nhiên và rửa sơ bộ để loại bỏ bớt mỡ, thịt vụn còn sót lại, được đem đi cắt thành những miếng nhỏ kích thước 1x1cm, phục vụ cho thí nghiệm

2 Phương pháp nghiên cứu

2.1 Phương pháp phân tích

phương pháp của Kimura và cộng sự (1988) Xác định khả năng giữ nước của collagen theo phương pháp của Mc Connel và cộng sự (1974) Hàm lượng collagen được xác định từ hàm lượng hydroxyproline theo phương pháp của C George Carlson và áp dụng công thức chuyển đổi theo

Phân tích hàm lượng khoáng bằng phương pháp nung theo TCVN 5105-90 Phân tích điện di protein theo phương pháp của Weber và Osborn 1969

2.2 Phân tích số liệu

Số liệu thí nghiệm được xử lý trên phần mềm Microsoft Excel

2.3 Sơ đồ nghiên cứu

Các công đoạn nghiên cứu được bố trí theo sơ đồ hình 1 Da cá sau khi rửa, cắt nhỏ với kích thước khoảng 1x1cm được xử lý qua kiềm NaOH để khử các tạp chất phi collagen như lipit, protein khoáng, sắc tố và một số chất trên nguyên liệu da cá Để đạt được mục đích khử khoáng thì cần nghiên cứu chế độ xử lý axit citric thích hợp (nồng độ 0,001 ÷ 0,005 M; thời gian 10 ÷ 50 phút và tỷ lệ xử lý w/v: 1/6, 1/8, 1/10) cho nguyên liệu da cá Da cá sau khi xử lý axit citric được rửa lại bằng nước thường rồi đem xử lý oxy già để tẩy màu cho nguyên liệu nhằm mục đích sản phẩm collagen thu được

có màu sáng hơn

Việc tẩy màu trong quy trình thu nhận collagen này còn được bố trí thử nghiệm tại thời điểm thu kết tủa

để so sánh hiệu quả tẩy trắng của oxy già để lựa chọn chế độ tẩy màu thích hợp (nồng độ 10 0/00 ÷ 400/00, thời gian

7 ÷ 13 phút ) Sau khi xác định được các thông số xử lý thích hợp thì da cá được nghiên cứu chiết xuất collagen bằng một số axit hữu cơ khác nhau để tìm ra chế độ chiết hiệu quả nhất (axit axetic nồng độ 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6M; thời gian 16, 34, 52, 70 giờ; w/v là 1/8, 1/10, 1/12, 1/14), (Axit lactic nồng độ 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6M, thời gian 10, 22, 34, 46 giờ, w/v là 1/8, 1/10, 1/12, 1/14), (Axit citric nồng độ 0,025, 0,05, 0,075, 0,1, 0,125M, thời gian 7, 17, 27, 37 giờ, w/v là 1/6, 1/8, 1/10, 1/12) Kết tủa thu được tiếp tục được nghiên cứu làm sạch các tạp chất bằng các

0,02M trong 24, 36, 48 giờ) và phương pháp hoà tan kết tủa lặp lại 1lần, 2 lần Sản phẩm của mỗi thí nghiệm được đem đi kiểm tra các chỉ tiêu thích hợp để có cơ sở đề xuất quy trình tách chiết collagen

III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

1 Xác định chế độ xử lý axít citric tách khoáng

Xác định được chế độ xử lý axit citric thích hợp là nồng độ axit citric 0,003M; tỷ lệ da cá/ dd

năng giữ nước là 365% Khi tăng các giá trị nồng độ, tỷ lệ và thời gian xử lý axit citric thì hiệu quả khử khoáng tăng lên nhưng nhiệt độ biến tính và khả năng giữ nước lại giảm Cơ chế loại khoáng của

axit citric giải thích được hiện tượng này Các nhóm –COOH sẽ cho đi một proton để tạo thành các muối citrat với các ion kim loại, các muối này dễ tan trong nước nên sẽ được loại bỏ trong chế độ rửa Tuy nhiên khi nồng độ axit citric, tỷ lệ da cá/dd và thời gian xử lý tăng lên thì mức độ tiếp xúc của da

cá càng cao nên có tác dụng tháo xoắn và tác dụng lên các mạch thành phần của phân tử collagen làm

kết hyđrô với phân tử nước nên khả năng hút nước của collegen giảm đi

2 Xác định chế độ chiết collagen

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Nồng độ axit acetic (M)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Nhiệt độ biến tính (độ C) Khả năng giữ nước

34.5 35 35.5 36 36.5 37 37.5 38 38.5 39 39.5

16 34 52 70

Thời gian chiết (giờ)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Nhiệt độ biến tính (độ C) Khả năng giữ nước (%)

34.5 35 35.5 36 36.5 37 37.5 38 38.5 39 39.5

1/8 1/10 1/12 1/14

Tỷ lệ da cá/a.acetic (w/v)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Nhiệt độ biến tính(độ C) Khả năng giữ nước(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Nồng độ axit acet ic (M)

T hời gian chiết 34 giờ T hời gian chiết 52 giờ

35 35.5 36 36.5 37 37.5 38

0.025 0.05 0.075 0.1 0.125

Nồng độ a citric (M)

0 50 100 150 200 250 300 350

Nhiệt độ biến tính(độ C) Khả năng giữ nước

32 33 34 35 36 37 38

Thời gian chiết (giờ)

0 50 100 150 200 250 300 350

Nhiệt độ biến tính(độ C) Khả năng giữ nước(%)

36.2

36.4

36.6

36.8

37

37.2

37.4

37.6

37.8

38

1/6 1/8 1/10 1/12

Tỷ lệ da cá/a.citric (w/v)

0 50 100 150 200 250 300 350

Nhiệt độ biến tính(độ C) Khả năng giữ nước(%)

0 10 20 30 40 50 60

1/8 1/10 1/12

Tỷ lệ da cá/dd axit citric (w/v)

Nồng độ a.citric 0.05M Nồng độ a.citric 0.075M

32 34 35 37 38 40 42

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Nồng độ axit lactic(M)

0 50 100 150 200 250 300

Nhiệt độ biến tính(độ C) Khả năng giữ nước(%)

38

38.5

39

39.5

40

40.5

41

41.5

Thời gian chiết(giờ)

0 50 100 150 200 250 300

Nhiệt độ biến tính(độ C) Khả năng giữ nước(%)

36 37 38 39 40 41 42

1/8 1/10 1/12 1/14

Tỷ lệ da cá/ a.lactic (w/v)

0 50 100 150 200 250 300

Nhiệt độ biến tính(độ C) Khả năng giữ nước(%)

0 10 20 30 40 50 60

Nồng độ axit lactic(M)

Thời gian chiết 22 giờ Thời gian chiết 34 giờ

Hình 2: Ảnh hưởng của nồng độ, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và thời gian chiết của các axit khác nhau đến khả năng giữ nước, nhiệt độ biến tính và hiệu suất thu collagen Trong đó a, b, c, d chiết

bằng axit acetic; e, f, g, h chiết bằng axit citric; i, j, k,l chiết bằng axit lactic.

2.1 Chiết bằng axit acetic

Khi tăng nồng độ axit acetic từ 0,3 ÷ 0,5 M thì khả năng giữ nước và nhiệt độ biến tính đều có

cho khả năng giữ nước và nhiệt độ biến tính lớn nhất Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit

l) k)

j)

acetic và thời gian chiết đến hiệu suất thu chế phẩm collagen được trình bày trong hình 2d Theo đó, ở cùng nồng độ chiết axit acetic 0,3 M nếu thực hiện chiết trong 34 giờ thì hiệu suất thu collagen thấp hơn (48,6%) khi chiết trong 52 giờ(63,15%) Nhưng ở các nồng độ axit acetic 0,4 và 0,5 M thì ngược lại và hiệu suất thu chế phẩm collagen cao nhất là 76,9 % (tính theo khối lượng khô) ở nồng độ axit acetic 0,5 M Từ kết quả nghiên cứu này cho thấy chế độ chiết collagen bằng axit acetic thích hợp là: axit acetic nồng độ 0,5 M, thời gian chiết là 34 giờ, tỷ lệ da cá/ dd axít acetic là 1/10

2.2 Chiết bằng axit citric

Chế độ chiết cho khả năng giữ nước, nhiệt độ biến tính của chế phẩm collagen lớn nhất tại nồng độ axít citric 0,05 M, thời gian chiết 17 giờ và tỷ lệ w/v 1/8 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axít citric và tỷ lệ da cá/ dd axit citric (w/v) đến hiệu suất thu chế phẩm collagen được biểu diễn ở hình 2h Ở cùng nồng độ dung môi chiết thì hiệu suất thu chế phẩm collagen giảm dần khi tăng

tỷ lệ w/v này và khi chiết với axit citric có nồng độ 0,05M thì hiệu suất thu chế phẩm collagen cũng cao hơn khi chiết với nồng độ 0,075M Điều này có thể do độ mạnh của axit citric kết hợp với việc tăng tỷ lệ w/v đã làm ảnh hưởng không tốt đến cấu trúc mạch phân tử collagen làm cho collagen tan ra

mà không kết tủa lại được nên hiệu suất thu chế phẩm collagen giảm Kết quả nghiên cứu này cho phép đề xuất chế độ chiết collagen thích hợp bằng axit citric là tại nồng độ 0,05M, tỷ lệ w/v là 1/8 trong thời gian 17 giờ

2.3 Chiết bằng axit lactic

Khi nồng độ axit lactic lớn hơn 0,3M thì nhiệt độ biến tính của chế phẩm collagen giảm nhanh mặc dù khả năng giữ nước giảm không đáng kể Thời gian chiết là 22 và 34 giờ đều cho kết quả

hơn đáng kể so với các tỷ lệ khác Từ kết quả thăm dò này tiếp tục thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ chiết đã lựa chọn đến hiệu suất thu chế phẩm collagen Kết quả thu được biểu diễn trong hình 2l

Rõ ràng với nồng độ axit lactic 0,3M và thực hiện chiết trong thời gian 22 giờ thì thu được nhiều chế phẩm collagen nhất Kết hợp với kết quả thăm dò cho phép lựa chọn chế độ chiết collagen bằng axit lactic thích hợp là nồng độ axit lactic 0,3M, thời gian chiết 22 giờ, tỷ lệ w/v là 1/10

Các kết quả chiết collagen bằng 3 loại axit này cho phép đề xuất chế độ chiết collagen thích hợp là axit acetic 0,5M trong thời gian 34 giờ và tỷ lệ w/v là 1/10

3 Nghiên cứu sử dụng hydro peroxit để khử màu

Bảng 1: Ảnh hưởng của hydroperoxit đến tính chất collagen

Thời

gian

(phút)

Nồng độ

hiđro

peroxit(0/oo)

Khả năng giữ nước(%)

Nhiệt độ biến tính( oC)

Mầu sắc

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ hydroperoxit, thời gian xử lý đến hiệu quả khử màu sắc của chế phẩm collagen là không đáng kể Cụ thể mẫu collagen trước và sau khi xử lý hydro peroxit có độ trắng tăng từ 59,97 lên 64,94 Tuy nhiên nhiệt độ biến tính và khả năng giữ nước của chế phẩm collagen lại giảm: nhiệt

382% xuống còn 374% Từ kết quả trên cho thấy hydroperoxit cho hiệu quả khử màu không cao mà còn gây ảnh hưởng đến đến các liên kết mạch bên của mạnh peptid làm giảm khả năng chịu nhiệt và liên kết với nước của collagen

4 Xác định chế độ làm sạch chế phẩm collagen

4.1 Kết quả nghiên cứu thử nghiệm thẩm tích chế phẩm collagen

Kết quả nghiên cứu thẩm tích chế phẩm collgen cho thấy khi tăng thời gian thẩm tích thì hàm lượng protein tăng và hàm lượng khoáng lại giảm Cụ thể sau thời gian thẩm tích 24 thì hàm lượng protein tăng từ 82,6% lên 86,9%, hàm lượng khoáng giảm từ 15,26% xuống 7,82% Tiếp tục tăng thời gian thẩm tích lên 36 giờ thì hàm lượng protein tăng lên 94,8% và hàm lượng khoáng còn 2,26% Tuy nhiên khi tiếp tục tăng thời gian thẩm tích lên 48 giờ thì hiệu quả làm sạch tăng lên không đáng kể

4.2 Kết quả nghiên cứu thử nghiệm chiết lặp lại cho chế phẩm collagen

Sau khi chế phẩm collagen được hoà tan và kết tủa lại 1 lần và 2 lần thì hàm lượng prottein và collagen đều tăng Tuy nhiên sự tăng này là nhỏ hơn so với phương pháp làm sạch bằng màng thẩm tích Cụ thể sau 2 lần hoà tan và kết tủa lại hàm lượng protein tăng từ 82,6% lên 87,2%, hàm lượng collagen tăng từ 76,9% lên 78,4% Từ kết quả trên cho thấy phương pháp làm sạch bằng cách hoà tan

và kết tủa lại cho hiệu quả không cao bằng phương pháp thẩm tích

Như vậy bước đầu đề xuất chế độ làm sạch tốt hơn trong hai chế độ thử nghiệm này là thực

36 giờ, thay dung môi 4 giờ một lần

5 Đề xuất quy trình thu nhận Collagen từ da cá Tra

Từ các kết quả thu được cho phép đền xuất quy trình thu nhận collagen bằng phương pháp hóa học như hình 3

6 Đánh giá chất lượng sản phẩm collagen thu được

từ quy trình đề xuất

Collagen thu được được phân tích các thành phần hóa học cơ bản và một số tính chât đặc trưng như sau:

1 Thành phần hóa học cơ bản của sản phẩm Protein 85,3%

Lipit 1,76%

Khoáng 2.04%

Ẩm 10%

Hg 0,87 mg/kg

Pb và As: không phát hiện

2 Khả năng giữ nước: 415%

4 Mầu sắc: 59,97

5 Hàm lượng collagen: 70,15% (theo % khối lượng khô)

6 Khối lượng phân tử:

Kết quả phân tích điện di để xác định khối lượng phân tử của collagen thu được cho thấy trong sản phẩm collagen thu được có 4 loại protein có các khối lượng phân tử lần lượt là 217kDa, 185kDa, 156kDa, và 104kDa Kết quả điện di mẫu collagen biểu diễn trên hình 4

Hình 4: Kết quả điện di protein mẫu collagen Land 1: hỗn hợp chuẩn protein;

Land 2: mẫu collagen (50µ protein)

Nguyên liệu da

Rửa sạch

Xử lý kiểm NaOH 0,2M, w/v=1/10, 20 giờ

Rửa

Xử lý axit citric 0,003M, 30 phút, w/v=1/8

Rửa Chiết bằng axit acetic 0,5M, w/v=1/10,

Kết tủa bằng NaCl

Thu kết tủa

Sấy khô Bao gói Bảo quản

Hình 3: Sơ đồ quy trình thu nhận collagen

từ da cá tra

IV KẾT LUẬN

Collagen có thể thu được từ nguyên liệu da cá tra bằng các công đoạn cơ bản như xử lý kiềm

để khử protein và xà phòng hóa lipit, xử lý axit citric để khử bớt khoáng cho nguyên liệu, chiết bằng axit acetic và dung muối NaCl để thu kết tủa Kết tủa được làm sạch bằng phương pháp thẩm tích

phù hợp với các tính chất của collagen thu nhận từ thủy sản (Muyonga, coleb, & Duodub, 2004; Nagai

& Suzuki, 2001; Sadowska, Kollodziejka, & Niecikowska, 2003) ngoại trừ hàm lượng khoáng vẫn còn hơi cao

TÀI LIỆU THAM KHẢO

năm 2008 ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn

thuật, Đại học Nha Trang

catfish (Ictalurus punctaus), Food chemistry, pages 621-625

collagen, proceedings of the 11th international symposium on the efficient application and preservation of marine biological resources, Nha Trang university, pages 72-89

bone, and fins, Food chemistry, pages 277-281

partial characterization, International Journal of Food Science and, Technology, pages 239-244

http://ift.confex.com/ift/2005/techprogram/paper_31440.htm