Nghiên cứu thu nhận, biến tính Gelatin từ phế liệu thủy sản và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CHÂU THÀNH HIỀN NGHIÊN CỨU THU NHẬN, BIẾN TÍNH GELATIN TỪ PHẾ LIỆU THỦY SẢN VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 62 54 01 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG – 2019 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐẶNG MINH NHẬT PGS.TS TRẦN THỊ XƠ Phản biện 1: PGS.TS Lý Nguyễn Bình Phản biện 2: TS Huỳnh Thị Kim Cúc Phản biện 3: TS Mạc Thị Hà Thanh Luận án bảo vệ hội đồng chấm luận văn tiến sĩ họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 07 tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin- Học liệu Truyền thông, ĐH Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Gelatin với chất protein, ứng dụng nhiều thực phẩm, y dược, mỹ phẩm, Gelatin sử dụng với vai trò chất ổn định, chất kết dính, chất nhũ hóa, chất tạo gel Hiện nay, gelatin sử dụng ngày nhiều, chủ yếu có nguồn gốc từ da heo, da bò Tuy nhiên gelatin từ bò, heo gây lo ngại vấn đề gây bệnh truyền nhiễm vấn đề tơn giáo, phế liệu chế biến thủy sản lên nguồn nguyên liệu sản xuất gelatin đầy tiềm Sản lượng thủy sản khai thác ngày tăng, khoảng 50% sử dụng làm thực phẩm, phần lại phế liệu, dùng làm thức ăn gia súc sơ chế nguyên liệu thô với giá trị kinh tế thấp Sản xuất gelatin từ nguồn phế liệu có khả đem lại giá trị kinh tế cao Mặc dù vậy, gelatin từ phế liệu thủy sản có khối lượng phân tử nhỏ, độ bền gel, độ nhớt thấp, khả ứng dụng hạn chế Xuất phát từ nhận định trên, lựa chọn hướng nghiên cứu đề tài là: “Nghiên cứu thu nhận, biến tính gelatin từ phế liệu thủy sản ứng dụng công nghiệp thực phẩm” Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng quy trình cơng nghệ thu nhận, biến tính gelatin từ phế liệu thủy sản; xác định đặc tính gelatin trước sau biến tính; đánh giá khả ứng dụng gelatin công nghiệp thực phẩm Nội dung nghiên cứu Phân tích thành phần hóa học để lựa chọn nguyên liệu da cá; Nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu, điều kiện trích ly gelatin, điều kiện làm sạch, điều kiện bảo quản gelatin; Nghiên cứu điều kiện biến tính gelatin; Xác định đặc tính gelatin trước sau biến tính; Đánh giá khả ứng dụng gelatin Ý nghĩa khoa học Đánh giá phương pháp xử lý nguyên liệu da cá thích hợp để thu nhận gelatin đạt chất lượng, hiệu suất cao điều kiện làm gelatin; Đánh giá ảnh hưởng điều kiện biến tính gelatin transglutaminase, acid caffeic, acid tannic, polyphenol nhằm cải thiện tính chất gelatin; Cung cấp thơng tin đặc tính, cấu trúc chất lượng gelatin trước sau biến tính; Đánh giá khả ứng dụng gelatin Ý nghĩa thực tiễn Nâng cao giá trị kinh tế từ loại phế liệu thủy sản sẵn có, đồng thời góp phần giảm thiểu tình trạng nhiễm mơi trường chất thải thủy sản; Đặt sở cho việc xây dựng quy trình thu gelatin từ phế liệu thủy sản nhằm thay gelatin từ động vật có vú Cấu trúc luận án Luận án gồm 135 trang, có 33 bảng 53 hình Phần mở đầu trang, kết luận kiến nghị trang, cơng trình cơng bố trang, tài liệu tham khảo 15 trang Nội dung luận án chia làm chương: Chương Tổng quan gồm 33 trang; chương phương pháp nghiên cứu 17 trang; chương 3: Kết thảo luận 77 trang CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan collagen gelatin Collagen protein dạng sợi, tạo nên cấu trúc khung vững cho quan, phận thể người động vật Collagen có cấu tạo tương đối phức tạp, cấu trúc đơn giản collagen phân tử hay tropocollagen Chúng tạo thành từ chuỗi polypeptid (chuỗi α) liên kết gắn với nhau, gọi collagen xoắn ba Cấu trúc ổn định nhờ liên kết hydro chuỗi chuỗi với Khi gia nhiệt 500C môi trường nước, chuỗi xoắn ba tháo xoắn tạo chuỗi polypeptid đơn, lúc gelatin tạo thành Trong môi trường acid kiềm, liên kết nội chuỗi collagen bị phá vỡ, làm tăng điện tích dương âm, dẫn đến đẩy điện tích dấu, tạo điều kiện thuận lợi cho nước di chuyển vào bên làm cho collagen trương nở dễ dàng chuyển thành gelatin gia nhiệt Gelatin sản phẩm thủy phân phần collagen, gelatin dễ dàng hấp thu nước, trương nở hòa tan Tính chất chức quan trọng gelatin khả tạo gel Khả tạo gel hình thành nhờ liên kết hydro làm lạnh đánh giá thông qua giá trị độ bền gel (độ Bloom) Khả tạo gel gelatin chủ yếu phụ thuộc vào khối lượng phân tử, thành phần acid amin gelatin, Với chất protein, gelatin có khả tạo nhớt, tạo hệ nhũ tương, tính kết dính khả tạo màng 1.2 Tổng quan gelatin cá Gelatin cá thu nhận từ da, vảy, xương, chủ yếu từ da Gelatin cá có đầy đủ tính chất khả tạo nhớt, khả tạo gel, tạo màng, tạo nhũ tương tương tự gelatin từ động vật có vú mức độ thấp Các tính chất gelatin chịu ảnh hưởng chủ yếu hai yếu tố chính: đặc tính collagen da cá điều kiện thu nhận gelatin 1.3 Tổng quan gelatin biến tính Gelatin da cá có điểm hạn chế độ bền gel thấp khối lượng phân tử nhỏ, mạch polypeptide ngắn, hàm lượng proline hydroxyproline thấp, Quá trình biến tính nhằm tăng độ bền gel nhờ tạo liên kết cộng hóa trị (liên kết ngang) phân tử gelatin, để tăng kích thước, khối lượng phân tử thơng qua nhóm amin, cacboxyl, hydroxyl Để tạo liên kết ngang phân tử gelatin dùng tác nhân: vật lý (tia UV, chiếu xạ ), hóa học (glutaraldehyde, acid phenolic ), sinh học (enzyme) Trong đó, tác nhân hóa học sinh học sử dụng nhiều lĩnh vực thực phẩm Cơ chế tạo liên kết ngang minh họa sau: A B Hình 1.11 Cơ chế tạo liên kết ngang xúc tác enzyme (hình A) tác nhân hóa học (hình B) 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu thu nhận biến tính gelatin Trên giới nghiên cứu thu nhận gelatin từ phế liệu thủy sản chủ yếu chọn mục tiêu hiệu suất thu hồi; độ bền gel (độ Bloom) chưa quan tâm nhiều; Thu nhận gelatin từ da cá sấy khô chưa quan tâm; Kết hợp xử lý nguyên liệu với hỗ trợ sóng siêu âm chưa nghiên cứu; Chưa có nhiều nghiên cứu để tìm điều kiện trích ly tối ưu cho loại da cá phổ biến Việt Nam; Các nghiên cứu xử lý màu, mùi gelatin chưa quan tâm nghiên cứu Đặc biệt Việt Nam, chưa có cơng trình khoa học nghiên cứu biến tính gelatin nhằm cải thiện tính chất chức để mở rộng phạm vi ứng dụng CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu Nguyên liệu gồm: da cá Tra (Pangasius hypophthalmus), cá Ngừ Đại Dương (Thunnus obesus), cá Thác Lác (Notopterus notopterus), cá Hồi (Oncorhynchus keta), cá Thu (Scomberomorus maculatus), cá Cờ (Macropodus erythropterus)được thu mua từ nhà máy chế biến thủy sản Miền Trung Miền Nam Việt Nam 2.2 Hoá chất Enzyme transglutaminase cung cấp Ajinomoto, Nhật Bản; Acid caffeic, acid tannic, p-dimethylaminobenzaldehyde, Acid trinitrobenzensunfonic (TNBS), chlororamine-T cung cấp Sigma-Aldrich; Hydroxyproline chuẩn, acid thiobarbituric cung cấp Merck, Ngoài ra, CH3COOH, Ca(OH)2, NaOH, Na2SO3, Na2HPO4.12H2O, NaH2PO4.H2O, HCl, Glycerol, than hoạt tính đạt tiêu chuẩn phân tích 2.3 Phương pháp nghiên cứu - Các phương pháp hóa lý: xác định độ ẩm, xác định độ pH; xác định tro; xác định hiệu suất thu hồi gelatin; xác định độ nhớt; xác định độ bền gel gelatin; xác định mức độ tạo liên kết ngang; xác định hàm lượng hydroxyproline; xác định khối lượng phân tử gelatin phương pháp điện di; xác định hàm lượng acid amin sắc ký lỏng hiệu cao HPLC; xác định hình ảnh vi cấu trúc gelatin kính hiển vi điện tử quét (SEM); xác định cấu trúc gelatin phổ hồng ngoại (FTIR); xác định hàm lượng kim loại nặng phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử; xác định hàm lượng acid trimethylamin (TMA); xác định số TBA (acid thiobarbituric); v.v - Các phương pháp hóa sinh: xác định hàm lượng protein phương pháp Kjeldahl; xác định hàm lượng lipid phương pháp Soxhlet; xác định tổng hàm lượng nitơ bazơ bay (TVB-N) - Các phương pháp vi sinh: xác định tổng vi sinh vật hiếu khí theo TCVN 4884-1:2015; xác định vi khuẩn E coli theo TCVN 7924-2:2008; xác định Staphylococcus aureu - Phương pháp đánh giá cảm quan: đánh giá chất lượng sản phẩm phương pháp cho điểm phương pháp thị hiếu - Tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm: Điều kiện thực nghiệm tối ưu hóa “Hàm mong đợi” nhà toán học Harrington đề xuất cho toán đa yếu tố, đa mục tiêu CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu thu nhận gelatin 3.1.1 Khảo sát thành phần hóa học số loại da cá Tiến hành phân tích thành phần hóa học số da cá gồm: hàm lượng protein, lipid, ẩm tro Bảng 3.1 Thành phần hoá học số da cá TT Loại da cá Ẩm (%) Protein (%) Thành phần Lipid (%) Tro (%) Tra Ngừ ĐD Cờ Hồi Thác Lác Thu 53,94±0,25f 60,46±1,10d 60,54±0,72c 59,74±1,12e 63,40±1,04a 61,00±1,06b 37,48±0,40b 21,1±0,30cd 18,75±0,31e 39,73±0,45a 20,92±0,32d 21,80±0,24c 2,04±0,02b 1,40±0,08c 2,58±0,02a 0,33±0,01e 0,63±0,05d 1,58±0,06c 0,14±0,00d 0,16±0,01c 0,23±0,01a 0,17±0,04bc 0,18±0,03b 0,16±0,02c Collagen (mg/g) 278,56±0,13b 194,68±0,15d 171,24±0,19f 296,35±0,14a 186,63±0,11e 189,77±0,18c Hầu hết loại da cá có hàm lượng protein, collagen cao hàm lượng tro lipid thấp, nên phù hợp để sản xuất gelatin (trừ da cá Cờ) 3.1.2 Nghiên cứu công đoạn xử lý nguyên liệu 3.1.2.1 Nghiên cứu xử lý da cá acid acetic (phương pháp acid) Kết nghiên cứu tìm điều kiện nồng độ acid thời gian xử lý da thích hợp cho độ bền gel, độ nhớt cao hiệu suất thu hồi gelatin Bảng 3.2 Bảng 3.2 Kết xác định nồng độ acid thời gian xử lý da cho độ bền gel cao với độ nhớt hiệu suất thu hồi gelatin Thông số Nồng độ Thời gian Độ bền Độ nhớt, cP Hiệu suất, Da cá acid, mM xử lý, gel, gam % Tra 150 97,7±0,99a 19,80±1,2a 25,51±0,51a Thu 81,6±0,8c 15,87±0,22d 26,78±0,32b Thác Lác 7,5 85,6±0,67b 19,35±0,46b 21,54±0,38e Cá Hồi 2,5 86,3±0,59b 18,43±0,83c 23,63±0,25d Ngừ ĐD 7,5 60,3±1,18d 8,43±0,38e 27,36±0,29a Kết nghiên cứu cho thấy: nồng độ acid thời gian xử lý thích hợp để thu nhận gelatin có độ bền gel, độ nhớt cao hiệu suất thu hồi khác tùy loại da cá dao động khoảng 2,5mM÷150mM từ 2÷4giờ Trong da cá Tra cần xử lý nồng độ acid cao (150mM) da cá Hồi cần xử lý 2,5mM Phương pháp acid cho hiệu suất thu hồi gelatin cao độ bền gel độ nhớt thấp 3.1.2.2 Nghiên cứu xử lý da cá vôi (phương pháp kiềm) Bảng 3.3 Kết hàm lượng vôi thời gian xử lý da cá thích hợp để thu gelatin có độ bền gel cao độ nhớt hiệu suất Thông số Hàm T gian, Da cá lượng, g/l ngày Tra 20 Thu 30 Thác Lác 20 Hồi 0,5 Ngừ ĐD 20 Độ bền gel, gam 251,3±1,86a 106,3±1,36d 114,3±1,40c 154,2±1,93b 65,3±1,23e Độ nhớt, cP Hiệu suất, % 33,1±0,71a 22,41±0,7c 21,72±0,63c 23,27±1,19b 21,3±0,79c 19,45±0,54d 24,2±1,11b 24,32±0,53ab 19,57±0,80d 25,06±0,76a Điều kiện để thu nhận gelatin đạt độ bền gel, độ nhớt cao hiệu suất thu hồi phương pháp kiềm chủ yếu mức hàm lượng vơi từ 20÷30g/l thời gian xử lý 3÷5 ngày Riêng da cá Hồi có điều kiện xử lý da với hàm lượng vơi 9g/l thời gian 0,5 ngày Phương pháp kiềm cho hiệu suất thu hồi thấp độ bền gel độ nhớt cao phương pháp acid 3.1.2.3 Nghiên cứu xử lý da cá vôi acid acetic (phương pháp kiềm- acid) Để đánh giá hiệu xử lý da cá huyền phù vôi dung dịch acid, chọn nồng độ acid hàm lượng vơi thích hợp từ kết Bảng 3.2 3.3 11 hạt lớn cát Bảng 3.8 Điều kiện tối ưu làm gelatin THT Điều kiện Tỷ lệ THT, T.gian làm sạch, Nhiệt độ, Loại gelatin % (w/v) phút C cá Tra 1,5 45 45 cá Ngừ ĐD 75 45 Sau làm gelatin thu có màu trắng sáng tương đương gelatin thị trường, có mùi thơm đặc trưng gelatin 3.1.5 Xác định số đặc tính gelatin thành phẩm Tiến hành xác định đặc tính gelatin mẫu ký hiệu sau: GNĐDT: gelatin từ da cá Ngừ ĐD; GNĐDS: gelatin từ da cá Ngừ ĐD có hỗ trợ siêu âm; GTRAT: gelatin từ da cá Tra GTRAS: gelatin từ da cá Tra có hỗ trợ siêu âm 3.1.5.1 Khối lượng phân tử gelatin Khối lượng phân tử gelatin xác định kỹ thuật điện di SDS- PAGE với mẫu marker (MK) 95 kDa 72 kDa 55 kDa 43 kDa 34 kDa 26 kDa GNĐDT GNĐDS GTRAT GTRAS MK Hình 3.12 Sự phân bố khối lượng phân tử gelatin Khối lượng phân tử gelatin từ da cá Ngừ ĐD chủ yếu khoảng 43÷55 kDa da cá Tra chủ yếu khoảng 55÷72 kDa Trong đó, khối lượng phân tử gelatin gelatin có khơng có siêu âm tương đương loại nguyên liệu da cá 3.1.5.2 Phân tích cấu trúc gelatin kính hiểm vi điện tử quét 12 (SEM) Hình 3.13 Cấu trúc gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương da cá Tra Cấu trúc gelatin từ da cá Ngừ ĐD (GNĐDT, GNĐDS) da cá Tra (GTRAT, GTRAS) có khác rõ cấu trúc mạng gel Gelatin cá Tra có cấu trúc sợi protein dày đặc, chặt chẽ lỗ hổng sợi protein nhỏ so với gelatin cá Ngừ ĐD Gelatin có khơng siêu âm có cấu trúc tương đương 3.1.5.3 Phân tích phổ hồng ngoại (FTIR) gelatin Đỉnh peak số sóng 3438,48 cm-1 GNĐDT GNĐDS Đỉnh peak số sóng 3403,68 cm-1 (GTRAT) 3403,7cm-1 (GTRAS) GTRAT GTRAS Hình 3.14 Phổ hồng ngoại gelatin cá Ngừ ĐD cá Tra 13 Phổ hồng ngoại gelatin cho thấy đỉnh peak nằm số sóng 1121,9÷1649,6cm-1 (cá Ngừ ĐD) 1030,9÷1654,5cm-1 (cá Tra) ứng với amide I, II, III Các đỉnh peak xuất số sóng 2127,3cm-1 (cá Ngừ ĐD) 2652,4cm-1, 2923,4cm-1 (cá Tra) ứng với amide A; Các đỉnh peak số sóng 3429,5cm-1(cá Ngừ ĐD) 3403,7cm-1 (cá Tra) ứng với amide B Cả gelatin da cá Ngừ ĐD da cá Tra có liên kết gelatin khác không đáng kể mẫu gelatin có khơng có hỗ trợ siêu âm 3.1.5.4 Thành phần acid amin Tiến hành phân tích thành phần acid amin mẫu gelatin kết cho thấy: loại gelatin có thành phần acid amin gelatin cá Trong acid amin quan trọng proline, hydroxyproline, gelatin cá Tra cao cá Ngừ ĐD Thành phần acid amin gelatin có khơng có siêu âm tương đương nhau, nhiên cysteine có mặt gelatin có hỗ trợ siêu âm khơng có mặt mẫu gelatin khơng có hỗ trợ siêu âm 3.1.6 Xác định tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm tiêu chất lượng gelatin Chỉ tiêu chất lượng gelatin thành phẩm đánh giá dựa QCVN 4-21:2011/BYT Sản phẩm gelatin thu nhận với điều kiện nghiên cứu có tiêu hàm lượng kim loại nặng, tiêu vi sinh có thành phần gồm protein, lipid, tro, ẩm, pH, nằm giới hạn cho phép Bộ y tế 3.1.7 Nghiên cứu chế độ bảo quản gelatin Ở nhiệt độ thường: gelatin bảo quản bao HDPE với thời gian 120 ngày đảm bảo chất lượng, không nên bảo quản gelatin bao LDPE thời gian dài Ở nhiệt độ phòng lạnh: gelatin bảo quản bao HDPE LDPE đảm bảo chất lượng với thời gian 120 ngày 14 3.1.8 Đề xuất quy trình thu nhận gelatin từ da cá Hình 3.16 Quy trình thu nhận gelatin từ da cá 3.2 Nghiên cứu biến tính gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương 3.2.1 Nghiên cứu biến tính gelatin enzyme transglutaminase, acid caffeic acid tannic 3.2.1.1 Ảnh hưởng điều kiện biến tính gelatin Tiến hành khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian, hàm lượng tác nhân biến tính, nồng độ gelatin đến độ bền gel gelatin Kết điều kiện biến tính thích hợp gelatin có độ bền gel cao sau: Bảng 3.15 Điều kiện thích hợp để biến tính gelatin enzyme transglutaminase, acid caffeic, acid tannic Loại tác nhân H.lượng tác Thời gian, Nồng độ Nhiệt độ, biến tính nhân, mg/g phút gelatin, % C Transglutaminase 25 80 18 40 Acid caffeic 15 90 15 40 Acid tannic 25 60 20 40 3.2.1.4 Nghiên cứu thay đổi khối lượng phân tử gelatin Khối lượng phân tử gelatin xác định phương pháp điện di SDS-PAGE mẫu gelatin ký hiệu: GBE: gelatin 15 biến tính transglutaminase; GBC: gelatin biến tính acid caffeic; GBT: gelatin biến tính acid tannic với mẫu marker biết khối lượng phân tử (MK) 130 kDa 95 kDa 72 kDa 55 kDa 43 kDa 34 kDa GNĐDT GBC GBT GBE MK Hình 3.20 Ảnh điện di gelatin biến tính mẫu marker Sau biến tính khối lượng phân tử gelatin tăng lên, mẫu GBC, GBT GBE xuất thêm vệt nằm khoảng 55÷95 kDa, ngồi mẫu GBE xuất thêm vệt nằm khoảng 95÷130 kDa Trong đó, vệt protein với khối lượng phân tử thấp 26÷43 kDa mẫu GNĐDT khơng có mặt sau biến tính 3.2.1.5 Xác định cấu trúc gelatin kính hiển vi điện tử quét (SEM) GNĐDT GBC GBE GBT Hình 3.21 Vi ảnh cấu trúc gelatin trước sau biến tính 16 Cấu trúc mạng lưới sợi gelatin sau biến tính transglutaminase (GBE), acid caffeic (GBC) acid tannic (GBT) dày đặc hơn, kích thước sợi thô so với gelatin chưa biến tính (GNĐDT) Trong đó, gelatin biến tính transglutaminase (GBE), acid caffeic (GBC) cho cấu trúc mạng gel dày đặc so với gelatin biến tính acid tannic (GBT) 3.2.1.6 Xác định mức độ liên kết ngang Để khẳng định q trình biến tính gelatin hình thành liên kết ngang, khảo sát mức độ tạo liên kết ngang gelatin thông qua việc định lượng số nhóm amin tự có mạch bên gelatin Sau biến tính, mức độ liên kết ngang mẫu lần lượt: GBE: 22,5%, GBC: 20,8% GBT: 16,4% 3.2.1.7 Phân tích phổ hồng ngoại (FTIR) gelatin biến tính Các peak số sóng 2853,4 cm-1 (GBE); 2853,1 cm-1 (GBC); 2854,4 cm-1 (GBT) Các peak số sóng 1742,67 cm-1 (GBC), 1742,91 cm-1 (GBT), 1740,86 cm-1 (GBE) Hình 3.23 Phổ hồng ngoại (FTIR) gelatin Ngồi peak có số sóng tương tự mẫu GNĐDT, mẫu GBC, GBT GBE xuất thêm đỉnh peak số sóng 17 1742,67 cm-1, 1742,91 cm-1 1740,86 cm-1 vùng amide I, dao động C=O kết hợp với liên kết CN xuất đỉnh peak số sóng 2853,4 cm-1 (GBE); 2853,1 cm-1 (GBC); 2854,4 cm-1 (GBT) vùng amide B, dao động không đối xứng liên kết C-H nhóm –NH+3 3.2.2 Nghiên cứu biến tính polyphenol từ chè xanh 3.2.2.1 Nghiên cứu xác định điều kiện biến tính Tiến hành nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình biến tính như: nhiệt độ, thời gian, hàm lượng polyphenol, nồng độ gelatin đến độ bền gel, mức độ liên kết ngang, gelatin Điều kiện biến tính gelatin polyphenol để đạt độ bền gel mức độ liên kết ngang cao sau: Hàm lượng polyphenol: 20 mg/g; thời gian 40 phút; nồng độ gelatin: 20%; nhiệt độ 400C Sau biến tính, gelatin có độ bền gel: 116,4 g; mức độ liên kết ngang: 15,7% Khi biến tính polyphenol, sau sấy, gelatin khơng hòa tan nước, điều chứng tỏ gelatin có tính kỵ nước cao 3.2.2.5 Nghiên cứu thay đổi khối lượng gelatin sau biến tính Khối lượng phân tử gelatin xác định phương pháp điện di SDS-PAGE mẫu gelatin biến tính polyphenol (GBP), mẫu đối chứng (GNĐDT) mẫu marker (MK) Kết điện di cho thấy 95 kDa băng mẫu GBP có xuất 72 kDa 55 kDa thêm vệt khoảng 55÷75 kDa, 43 kDa đồng thời vệt 34÷43 kDa mẫu GNĐDT khơng 34 kDa xuất Điều chứng tỏ có GNĐDT MK GBP tăng khối lượng phân tử Hình 3.25 Ảnh điện di mẫu gelatin gelatin sau biến tính mẫu marker 18 3.2.2.6 Xác định cấu trúc gelatin GNĐDT GBP Hình 3.26 Ảnh vi cấu trúc gelatin trươớc sau biến tính Sau biến tính, gelatin khơng cấu trúc sợi rõ ràng gelatin tự nhiên, polyphenol bao phủ khắp sợi gelatin làm cho cấu trúc sợi dày đặc 3.2.2.7 Xác định phổ hồng ngoại gelatin biến tính polyphenol Đỉnh peak số sóng 3426,55 cm-1 GNĐDT GBP Hình 3.27 Phổ hồng ngoại gelatin biến tính polyphenol Phổ hồng ngoại cho thấy có thay đổi nhỏ cường độ hấp thụ mẫu GBP (ở số sóng 3422,76 cm-1) so với mẫu GNĐDT (ở số sóng 3426,55 cm-1) vùng amid B Điều cho thấy có tác tương tác nhóm –NH3 tương tác nhóm kỵ nước 19 chuỗi peptid với polyphenol 3.2.2.8 Đề xuất quy trình biến tính gelatin Hình 3.29 Quy trình biến tính gelatin 3.3 Nghiên cứu ứng dụng gelatin 3.3.1 Đánh giá khả ứng dụng làm chất tạo gel nhân kem marmallow sản xuất bánh chocopie Sử dụng gelatin với độ Bloom 251,3 gam làm chất tạo gel cho kem marshmallow nhà máy bánh kẹo Biscafun Quảng Ngãi Kết đánh giá từ nhà máy: Trạng thái: hạt mịn, đều; Màu sắc: trắng đẹp; Mùi vị: Mùi vị đặc trưng; Trạng thái gelatin ngâm nước: Hút nước trương nở tốt; Độ tan chảy (500C): Tan chảy nhanh; Độ dẻo dai kem marshmallow: Kem marshmallow dẻo dai tốt; Độ đàn hồi kem marshmallow: Đàn hồi tốt; Độ xốp kem marshmallow: Kem marshmallow xốp; Cấu trúc kem marshmallow: ổn định 3.3.2 Ứng dụng sản xuất kẹo dẻo hương cam Tiến hành sản xuất mẫu kẹo với thực đơn gồm: đường saccharose: 1000g; mật tinh bột: 250g; acid citric: 5g; hương cam: 1,2g; gelatin: 150g (4 loại gelatin: Gelatin cá Tra (mẫu 1); gelatin cá Ngừ ĐD biến tính transglutaminase (mẫu 2); gelatin heo thị trường (mẫu 3) gelatin cá Ngừ Đại Dương chưa biến tính (mẫu 4) Kết phân tích mẫu 1, mẫu 2, mẫu có tiêu trạng thái, 20 hóa lý tương đương đạt yêu cầu theo TCVN 5908:2009, sản phẩm kẹo người tiêu dùng chấp nhận Riêng mẫu không đảm bảo tiêu chất lượng theo TCVN 5908:2009 không người tiêu dùng chấp nhận 3.3.3 Ứng dụng gelatin biến tính transglutaminase kỹ thuật vi bao chất màu anthocyanin Tiến hành vi bao phương pháp sấy phun với tỷ lệ sau: vật liệu vi bao (anthocyanin)/ vật liệu bao phủ (gelatin + maltodextrin) = 1/4 Hiệu suất vi bao đạt 87,98 % mẫu bảo quản túi PE nhiệt độ thường Theo dõi tổn thất hàm lượng anthocyanin sau 100 ngày, hàm lượng anthocyanin lại 88,32%, mẫu khơng vi bao hàm lượng anthocyanin lại 76,78% 3.3.4 Đánh giá khả ứng dụng gelatin biến tính polyphenol chè xanh làm màng bao bảo quản thịt 3.3.4.1 Nghiên cứu tạo màng phim Để tạo màng phim đảm bảo độ dày, độ thấm nước, tính chất lý, tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ gelatin, hàm lượng glycerol Kết thu được: dịch gelatin sau biến tính polyphenol nồng độ 3%, hàm lượng glycerol 20% (so với gelatin) tạo màng phim tốt Màng phim thu có độ dày vừa phải, độ thấm nước thấp, tính chất lý tương cao nên phù hợp để làm màng phim bảo quản thịt 3.3.4.2 Nghiên cứu bao gói, bảo quản thịt bò màng phim gelatin Tiến hành phủ màng gelatin thịt bò cách nhúng miếng thịt vào dung dịch gelatin chuẩn bị sẵn với nồng độ gelatin 3%, glycerol 20% (so với khối lượng gelatin) Tuy nhiên, sau nhúng để lớp màng gelatin tạo thành q mỏng khơng phủ kín bề mặt thịt Do chọn nồng độ gelatin cao hơn: 9%; 12% 15% với hàm lượng glycerol 20% (so với gelatin) Sau nhúng vào dung dịch gelatin, để ráo, cho thịt vào khay, phủ lớp màng PE bên bảo quản lạnh 4÷50C Mẫu đối chứng: thịt bò không 21 nhúng vào dịch gelatin mà phủ màng PE bảo quản lạnh 4÷50C Theo dõi thay đổi tiêu cảm quan, lý hóa (nitơ bazơ bay tổng, số TBA (acid thiobarbituric), ẩm, pH) tiêu vi sinh (tổng số vi sinh vật hiếu khí, E coli, Staphylococcus aureus) ngày bảo quản Kết quả: mẫu thịt phủ màng gelatin kết hợp với màng PE có tiêu cảm quan, lý hóa vi sinh giới nằm giới hạn cho phép (theo TCVN 7046: 2009) đảm bảo dùng làm thực phẩm ngày bảo quản Trong đó, mẫu 12% gelatin 15% gelatin có tiêu chất lượng tương đương tốt mẫu 9% gelatin Trong đó, mẫu thịt phủ màng PE đảm bảo tiêu cảm quan, lý hóa vi sinh ngày bảo quản KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận 1/ Đã xác định điều kiện xử lý da cá thích hợp cho loại da lạnh đông sấy khô cá Tra, cá Ngừ đại dương, cá Thu, cá Thác lác cá Hồi để thu gelatin có khả tạo gel tốt nhất, cụ thể sau: - Da cá Tra: ngâm vôi (20g/l) thời gian ngày; - Da cá Ngừ đại dương: ngâm vôi (20g/l) thời gian 1,5 ngày, sau ngâm acid acetic (7,5mM) thời gian giờ; - Da cá Thu: ngâm vôi (30g/l) thời gian ngày, sau ngâm acid acetic (5mM) thời gian giờ; - Da cá Thác lác: ngâm vôi (20g/l) thời gian ngày, sau ngâm acid acetic (7,5mM) thời gian giờ; - Da cá Hồi: ngâm vôi: (9g/l) thời gian: giờ, sau ngâm acid acetic (2,5mM) thời gian 1,5 giờ; Độ bền gel (Bloom) tốt gelatin thu từ loại da cá xếp theo thứ tự giảm dần sau: cá Tra (251,3 g) > cá Hồi (198,4 g) > cá Thác lác (120,3 g) > cá Thu (110,6 g) > cá Ngừ đại dương (102,8 g) 22 2/ Đã xác định điều kiện siêu âm thích hợp để hỗ trợ rút ngắn thời gian ngâm da cá tra cá ngừ đại dương vơi, đồng thời đảm bảo gelatin thu có bền gel tốt Điều kiện siêu âm thích hợp sau: - Da cá Tra: Biên độ: 90%; chu kỳ: 0,9 giây; thời gian: 90 phút; - Da cá Ngừ Đại Dương: Biên độ: 80%; chu kỳ: 0,8 giây; thời gian: 90 phút; 3/ Đã chọn than hoạt tính loại hạt mịn làm tác nhân làm gelatin với điều kiện làm gelatin tốt sau: hàm lượng than 2% (w/v); nhiệt độ 450C; thời gian 75 phút gelatin da cá Ngừ đại dương hàm lượng than 1,5% (w/v); nhiệt độ 450C; thời gian 45 phút gelatin da cá Tra Gelatin sau khử màu khơng mùi đặc trưng cá 4/ Đã đánh giá ảnh hưởng nồng độ tác nhân biến tính, nồng độ gelatin, nhiệt độ thời gian biến tính đến khả làm tăng độ bền gel gelatin cá Ngừ đại dương so với gelatin ban đầu phương pháp biến tính sử dụng tác nhân: enzyme transglutaminase, acid caffeic, acid tannic polyphenol chè xanh, điều kiện biến tính tốt loại tác nhân cụ thể sau: - Enzyme transglutaminase: Hàm lượng enzyme: 25 mg/g; thời gian: 80 phút; nồng độ gelatin: 18%; nhiệt độ: 40 0C; độ Bloom tăng thêm 149,5% - Acid caffeic: Hàm lượng acid: 15 mg/g; thời gian: 90 phút ; nồng độ gelatin: 15%; nhiệt độ: 400C; độ Bloom tăng thêm 65,3% - Acid tannic: Hàm lượng acid: 25 mg/g; thời gian: 60 phút ; nồng độ gelatin : 20%; nhiệt độ: 400C; độ Bloom tăng thêm 30,2% - Polyphenol chè xanh: Hàm lượng polyphenol: 20 mg/g; thời gian: 40 phút ; nồng độ gelatin: 20%; nhiệt độ: 400C độ Bloom tăng thêm 17,2% 5/ Bằng kỹ thuật điện di SDS, phân tích ảnh vi cấu trúc SEM, quang phổ UV-VIS phổ hồng ngoại FTIR khẳng định 23 thay đổi khối lượng phân tử, cấu trúc gel, mức độ tạo liên kết ngang, hình thành liên kết gelatin biến tính so với gelatin tự nhiên 6/ Bước đầu đánh giá khả ứng dụng gelatin từ da cá Tra sản xuất bánh chocopie kẹo dẻo; Đồng thời khẳng định thực nghiệm: thịt bò phủ màng phim gelatin từ da cá Ngừ đại dương biến tính với polyphenol chè xanh có khả bảo quản lâu so với mẫu đối chứng bảo quản điều kiện lạnh; Trong đó, gelatin biến tính enzyme transglutaminase làm vật liệu vi bao chất màu anthocyanin có khả hạn chế tổn thất chất màu trình bảo quản B Những đóng góp luận án 1/ Lần Việt Nam xác định điều kiện thu nhận gelatin có hệ thống loại nguyên liệu da cá phổ biến Việt Nam, tìm quy trình cơng nghệ thu nhận gelatin có độ Bloom cao từ da cá Tra da cá Ngừ Đại Dương Đặc biệt đánh giá khả ứng dụng siêu âm nhằm rút ngắn thời gian xử lý da cá trình thu nhận gelatin 2/ Luận án đề xuất quy trình biến tính gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương nhằm nâng cao khả tạo gel thay đổi tính háo nước tác nhân: enzyme transglutaminase, acid caffeic, acid tannic polyphenol chè xanh, nhờ mở rộng khả ứng dụng cho loại gelatin có độ Bloom thấp 3/ Luận án cung cấp thông tin khoa học thay đổi khối lượng phân tử, cấu trúc gel, phổ hồng ngoại gelatin da cá Ngừ Đại Dương trước sau biến tính enzyme transglutaminase, acid caffeic, acid tannic polyphenol chè xanh; Làm giàu thêm kho liệu khoa học thành phần acid amin, khối lượng phân tử gelatin từ da cá Tra cá Ngừ Đại Dương 24 C Kiến nghị nghiên cứu 1/ Nghiên cứu thu nhận gelatin từ da cá với hỗ trợ áp suất cao nhằm rút ngắn thời gian ngâm tăng hiệu suất thu hồi 2/ Nghiên cứu tối ưu hóa trình đặc sấy gelatin nhằm đảm bảo chất lượng hiệu kinh tế 3/ Nghiên cứu biến tính nhằm cải thiện tính chất chức gelatin từ da cá tác nhân khác Genipin, acid Ferulic, với quy mô lớn 4/ Nghiên cứu ứng dụng gelatin biến tính số sản phẩm thực phẩm khác với quy mô công nghiệp CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Châu Thành Hiền, Đặng Minh Nhật, Trần Thị Xô, Cao Thị Ngọc Xinh (2014), “Nghiên cứu phương pháp thu nhận gelatin từ da cá Hồi”, Tạp chí khoa học cơng nghệ Việt Nam Tập 52 (5C), Tr 393-399 Châu Thành Hiền, Đặng Minh Nhật (2015), “Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chất lượng gelatin thu hồi từ da cá Ngừ đại dương”, Tạp chí khoa học cơng nghệ Việt Nam Tập 53 (4B), Tr 38-43 Châu Thành Hiền, Đặng Minh Nhật, Phan Thị Thanh Vân (2015), “Nghiên cứu phương pháp thu nhận Gelatin từ da cá Tra”, Tạp chí Hóa học, số 6e1,2-53, Tr 68-72 Đang Minh Nhat, Chau Thanh Hien (2016), “Effect of ultrasound on pretreatment of Tuna skin for Gelatin production”, Tạp chí khoa học cơng nghệ Việt Nam Tập 54 (4A), Tr 55-62 Châu Thành Hiền, Đặng Minh Nhật (2016), “Nghiên cứu khử màu, khử mùi Gelatin thu nhận từ da cá Ngừ đại dương”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, số 11(108)/2016, Quyển 2, Đại học Đà Nẵng, Tr 61-64 Châu Thành Hiền, Đặng Minh Nhật (2017), “Nghiên cứu ứng dụng gelatin biến tính polyphenol chè xanh làm màng bao thực phẩm”, Kỷ yếu hội thảo khoa học toàn quốc, Tr 63-69 ... nhận, biến tính gelatin từ phế liệu thủy sản ứng dụng công nghiệp thực phẩm Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng quy trình cơng nghệ thu nhận, biến tính gelatin từ phế liệu thủy sản; xác định đặc tính gelatin. .. nghiên cứu thu nhận biến tính gelatin Trên giới nghiên cứu thu nhận gelatin từ phế liệu thủy sản chủ yếu chọn mục tiêu hiệu suất thu hồi; độ bền gel (độ Bloom) chưa quan tâm nhiều; Thu nhận gelatin. .. Đề xuất quy trình thu nhận gelatin từ da cá Hình 3.16 Quy trình thu nhận gelatin từ da cá 3.2 Nghiên cứu biến tính gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương 3.2.1 Nghiên cứu biến tính gelatin enzyme transglutaminase,