Nghiên cứu tách chiết gelatin từ vảy cá chẽm (lates calcarifer) theo phương pháp gia nhiệt bằng vi sóng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT GELATIN TỪ VẢY CÁ CHẼM (Lates calcarifer) THEO PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG VI SÓNG Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Huỳnh Nguyễn Duy Bảo Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tấn Việt Mã số sinh viên: 58132695 Khánh Hòa - 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT GELATIN TỪ VẢY CÁ CHẼM (Lates calcarifer) THEO PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG VI SÓNG GVHD: PGS.TS Huỳnh Nguyễn Duy Bảo SVTH: Nguyễn Tấn Việt MSSV: 58132695 Khánh Hòa, tháng năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu khoa học riêng với hướng dẫn Thầy PGS TS Huỳnh Nguyễn Duy Bảo Những thông tin kết nghiên cứu hồn tồn trung thực mang tính độc lập Những thông tin tham khảo từ tài liệu khác trích dẫn theo qui định trích dẫn tài liệu tham khảo Trường Đại học Nha Trang Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm có xảy sai sót i LỜI CẢM ƠN Bản thân sinh viên năm cuối trường Đại học Nha Trang, em cảm thấy vơ tự hào học tập nghiên cứu mái trường Bên cạnh nổ lực thân, em nhận giúp đỡ to lớn từ Thầy Cô, động viên, khích lệ gia đình bạn bè Nhờ em có kiến thức bổ ích chun mơn kết để hồn thành đề tài Trước hết em xin cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường; quý Thầy Cô thuộc Khoa Công nghệ thực phẩm; Cán quản lí Phịng thí nghiệm Khu Cơng nghệ cao, Phịng thí nghiệm Cơng nghệ chế biến Phịng thí nghiệm khác Trung tâm Thí nghiệm – Thực hành Đặc biệt em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Huỳnh Nguyễn Duy Bảo Thầy người trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình chỉnh sửa báo cáo suốt thời gian hoàn thành đồ án Cuối em xin cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân, bạn bè cổ vũ, hỗ trợ động viên nhiệt tình để em kết thúc sớm đề tài Xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, ngày 20 tháng năm 2020 Sinh viên Nguyễn Tấn Việt ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC KÍ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT x PHẦN MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CÁ CHẼM 1.1.1 Đặc điểm hình thái 1.1.2 Môi trường sống phân bố 1.1.3 Phân loại 1.1.4 Cơ chế sinh sản 1.1.5 Tình hình khai thác, ni trồng chế biến cá chẽm 1.1.6 Phụ phẩm trình chế biến cá chẽm hướng tận dụng 1.2 TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN 1.3 TỔNG QUAN VỀ GELATIN 10 1.3.1 Định nghĩa gelatin 10 1.3.2 Thành phần cấu trúc gelatin 11 1.3.3 Tính chất gelatin 12 1.3.4 Ứng dụng gelatin 14 1.4 TỔNG QUAN VỀ VI SÓNG 21 1.4.1 Định nghĩa vi sóng 21 iii 1.4.2 Cơ sở chiết vi sóng 22 1.4.3 Ưu, nhược điểm vi sóng 23 1.4.4 Ứng dụng vi sóng 23 1.5 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 24 1.5.1 Các nghiên cứu giới 25 1.5.2 Các nghiên cứu nước 26 Chương NGHIÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ HÓA CHẤT 27 2.1.1 Nguyên vật liệu 27 2.1.2 Hóa chất 27 2.1.3 Máy móc, thiết bị dụng cụ 27 2.2 XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP ĐỂ CHIẾT TÁCH GELATIN TỪ VẢY CÁ CHẼM THEO PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG VI SÓNG 28 2.2.1 Thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin từ vảy cá chẽm 28 2.2.2 Thí nghiệm ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin từ vảy cá chẽm 30 2.2.3 Thí nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ vảy/ nước cất chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin từ vảy cá chẽm 32 2.2.4 Thí nghiệm ảnh hưởng số lần chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin từ vảy cá chẽm 34 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA CHẾ PHẨM GELATIN 37 2.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng ẩm 37 2.3.2 Phương pháp đo nhớt 37 2.3.3 Phương pháp đo độ bền gel 37 iv 2.3.4 Phương pháp đo độ 37 2.3.5 Đánh giá mùi gelatin 37 2.3.6 Phương pháp xác định hàm lượng tro 37 2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ SỐ LIỆU 37 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 CÁC ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP ĐỂ CHIẾT TÁCH GELATIN TỪ VẢY CÁ CHẼM THEO PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG VI SÓNG 38 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến đặc tính hóa lý gelatin hiệu suất chiết gelatin từ vảy cá chẽm 38 3.1.2 Ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin 44 3.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ vảy/nước chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin 51 3.1.4 Ảnh hưởng số lần chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin 58 3.2 CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HĨA LÝ CỦA CHẾ PHẨM GELATIN 65 3.2.1 Các tính chất hóa lí chế phẩm gelatin 65 3.2.2 Thành phần acid amin chế phẩm gelatin chiết tách từ vảy cá chẽm theo phương pháp gia nhiệt vi sóng 65 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cá chẽm ( Lates calcarifer) Hình 1.2 Cấu trúc phân tử collagen Hình 1.3 Gelatin dạng miếng 10 Hình 1.4 Cấu trúc phân tử gelatin 11 Hình 1.5 Thị phần ứng dụng gelatin giới 15 Hình 1.6 Kẹo có bổ sung gel gelatin 16 Hình 1.7 Chả giị có bổ sung gelatin 16 Hình 1.8 Viên nang mềm 18 Hình 1.9 Viên nang cứng 19 Hình 1.10 Ứng dụng gelatin công nghệ phim ảnh 19 Hình 1.11 Nhận dạng dấu vân tay 20 Hình 1.12 Phổ điện từ 21 Hình 1.13 Khả đâm xuyên vật liệu vi sóng 22 Hình 1.14 Một số ứng dụng vi sóng 24 Hình 2.1 Vảy cá chẽm 27 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin từ vảy cá chẽm 29 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin từ vảy cá chẽm 31 Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ vảy/nước cất chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin từ vảy cá chẽm 33 Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng số lần chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết đặc tính hóa lý gelatin từ vảy cá chẽm 35 Hình 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết gelatin từ vảy cá chẽm 38 Hình 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ bền gel gelatin từ vảy cá chẽm 39 Hình 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ nhớt gelatin từ vảy cá chẽm 40 vi Hình 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ gelatin từ vảy cá chẽm 41 Hình 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến mùi gelatin từ vảy cá chẽm 42 Hình 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ ẩm gelatin từ vảy cá chẽm 43 Hình 3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hàm lượng tro gelatin từ vảy cá chẽm 44 Hình 3.8 Ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết gelatin từ vảy cá chẽm 45 Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ bền gel gelatin từ vảy cá chẽm 46 Hình 3.10 Ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ nhớt gelatin từ vảy cá chẽm 47 Hình 3.11 Ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ gelatin từ vảy cá chẽm 48 Hình 3.12 Ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến mùi gelatin từ vảy cá chẽm 49 Hình 3.13 Ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ ẩm gelatin từ vảy cá chẽm 50 Hình 3.14 Ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hàm lượng tro gelatin từ vảy cá chẽm 51 Hình 3.15 Ảnh hưởng tỷ lệ vảy/ nước chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết gelatin từ vảy cá chẽm 52 Hình 3.16 Ảnh hưởng tỷ lệ vảy/ nước chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ bền gel gelatin từ vảy cá chẽm 53 Hình 3.17 Ảnh hưởng tỷ lệ vảy/ nước chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ nhớt gelatin từ vảy cá chẽm 54 Hình 3.18 Ảnh hưởng tỷ lệ vảy/ nước chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ gelatin từ vảy cá chẽm 55 Hình 3.19 Ảnh hưởng tỷ lệ vảy/ nước chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến mùi gelatin từ vảy cá chẽm 56 vii Hình 3.20 Ảnh hưởng tỷ lệ vảy/ nước chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ ẩm gelatin từ vảy cá chẽm 57 Hình 3.21 Ảnh hưởng tỷ lệ vảy/ nước chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hàm lượng tro gelatin từ vảy cá chẽm 58 Hình 3.22 Ảnh hưởng số lần chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hiệu suất chiết gelatin từ vảy cá chẽm 59 Hình 3.23 Ảnh hưởng số lần chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ bền gel gelatin từ vảy cá chẽm 60 Hình 3.24 Ảnh hưởng số lần chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ nhớt gelatin từ vảy cá chẽm 61 Hình 3.25 Ảnh hưởng số lần chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ gelatin từ vảy cá chẽm 62 Hình 3.26 Ảnh hưởng số lần chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến mùi gelatin từ vảy cá chẽm 63 Hình 3.27 Ảnh hưởng số lần chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ ẩm gelatin từ vảy cá chẽm 63 Hình 3.28 Ảnh hưởng số lần chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến hàm lượng tro gelatin từ vảy cá chẽm 64 viii [36] S et al Chen, “Rapid isolation of high purity pepsin-soluble type I collagen from scales of red drum fish (Sciaenops ocellatus),” 2016, Food Hydrocolloids, 52, pp 468– 477, doi: 10.1016/j.foodhyd.2015.07.027 [37] W Benjakul, S., Karnjanapratum, S and Visessanguan, “Production and Characterization of Odorless Antioxidative Hydrolyzed Collagen from Seabass (Lates calcarifer) Skin Without Descaling,” 2017, Waste and Biomass Valorization, pp 1–11, doi: 10.1007/s12649-017-0008-9 [38] B et al Wang, “Isolation and characterization of collagen and antioxidant collagen peptides from scales of croceine croaker (Pseudosciaena crocea),” 2013, Marine Drugs, 11(11), pp 4641–4661, doi: 10.3390/md11114641 [39] C F et al Chi, “Antioxidant and functional properties of collagen hydrolysates from Spanish mackerel skin as influenced by average molecular weight,” Molecules,19(8),pp.11211–11230 doi: 10.3390/molecules190811211 [40] S G Meena, C., Mengi, S a and Deshpande, “Biomedical and industrial applications of collagen,” 1999, Proceedings Indian Academy of Sciences, 111(2), pp 319–329, doi: 10.1007/BF02871912 [41] Y Lee, C H., Singla, A and Lee, “Biomedical applications of collagen,” 2001, International Journal of Pharmaceutics, 221(1–2), pp 1–22, doi: 10.1016/S03785173(01)00691-3 [42] F et al Subhan, “Marine Collagen: An Emerging Player in Biomedical applications,” 2015, Journal of Food Science and Technology, pp 4703–4707, doi: 10.1007/s13197-014-1652-8 Một số trang web khác [43] https://www.pinterest.com/pin/347129083760576711/ [44] https://www.123rf.com/photo_110228993_stock-vector-collagen-fiber-moleculeand-amino-acid-sequence-molecular-structure-three-polypeptides-coil-to-form-.html [45] https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/gelatin-market-analysis [46] https://banhkeocand.com/bot-lam-rau-cau-jell-o-orange-vi-cam-hop-85gr 72 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: Một số hình ảnh máy móc, thiết bị dùng đề tài Hình Thiết bị gia nhiệt vi sóng Hình Tủ sấy gió Hình Bể ổn nhiệt Hình Máy đo dộ nhớt Hình Máy đo dộ gel PHỤ LỤC 2: Một số kết phân tích Thành phần hóa học vảy cá chẽm Chỉ tiêu Kết (%) Độ ẩm 36,35 Tro 17,84 Protein thô 34,8 Chất béo 0,06 Kết so sánh kết thống kê theo điều kiện chiết gelatin 2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết đến đặc tính hóa lí gelatin Hình Độ bền gel Hình Độ Hình Độ nhớt Hình Đánh giá mùi Hình 10 Độ ẩm Hình 11 Hàm lượng tro 2.2 Ảnh hưởng thời gian chiết đến đặc tính hóa lí gelatin Hình 12 Độ bền gel Hình 13 Độ Hình 14 Độ nhớt Hình 15 Đánh giá mùi Hình 16 Độ ẩm Hình 17 Hàm lượng tro Ảnh hưởng tỷ lệ chiết đến tính chất hóa lí gelatin Hình 18 Độ bền gel Hình 19 Độ Hình 20 Đánh giá mùi Hình 21 Độ ẩm Hình 22 Hàm lượng tro Hình 23 Độ nhớt Ảnh hưởng số lần chiết đến đặc tính hóa lí gelatin Hình 24 Độ bền gel Hình 25 Độ Hình 26 Đánh giá mùi Hình 27 Độ ẩm Hình 28 Hàm lượng tro Hình 29 Độ nhớt PHỤ LỤC 3: Các phương pháp xác định tính chất hóa lí chế phẩm gelatin Phương pháp sấy theo TCVN 7035 – 2002 Cách tiến hành:  Sấy cốc đến khối lượng không đổi: Rửa cốc, để khô, sấy nhiệt độ 130oC khoảng 1h, lấy làm nguội bình hút ẩmcânsấy tiếp nhiệt độ khoảng 30 phútlàm nguội bình hút ẩmcânđến khối lượng cốc hai lần cân khơng lệch q 5×104g  Cân xác 25g mẫu (đã cắt nhỏ) vào cốc sấy xác định khối lượng không đổi Chuyển cốc mẫu vào tủ sấy, sấy nhiệt độ 6080oC 30 phút Sau nâng nhiệt lên 130oC, sấy liên tục 1h Sau lấy để nguội bình hút ẩm, cân khối lượng tiếp tục cho vào tủ sấy thời gian 30 phút, lấy để nguội bình hút ẩm cân khối lượng không đổi Kết lần cân không lệch 0,5mg cho mẫu thử Độ ẩm tính theo cơng thức sau: Cơng thức tính: Độ ẩm=[(G1  G2)/(G1  G)]×100 (%) Phương pháp Bristish Standard BS 757:1975 AOAC 1986  Độ bền gel (độ bloom) gelatin đo theo phương pháp của Bristish Standard BS 757:1975 AOAC 1986  Dung dịch gelatin chuẩn bị nồng độ 6,67% (w/v) với nước cất Để trương nở – 3h Sau cho vào bể ổn nhiệt 60oC 30 – 40 phút (khuấy lắc đều) tan hoàn toàn nước Làm mát nhiệt độ phòng 15 – 20 phút, sau đem để tủ lạnh (sử dụng tủ điều kiện cho mẫu sau) 16 – 18h sau đem đo độ bền gel Sử dụng adapter với đường kính 12,7mm (0,5 inch) Gắn adapter vào máy Khởi động máy, đặt mẫu lên đĩa cài sẵn adapter cài đặt thông số sau: Load cell: 10N Test speed: 0,5 mm/s Stroke displacement: 4mm Surface dection: 1g Sau chọn lệnh start để máy chạy ghi lại kết đồ thị sau kết thúc Đơn vị (gam)  Độ nhớt gelatin đo theo phương pháp của Bristish Standard BS 757:1975 AOAC 1986 Các tiến hành sau: Rửa nhớt kế, tráng nhớt kế dung dịch cần đo Ráp nhớt kế vào hệ thống Vận hành nhớt kế, bấm thời gian để dung dịch chảy từ mức đến mức Cách tính độ nhớt: Hằng số độ nhớt tính cơng thức ηx = K.P.t Với: K: số nhớ kế P: áp suất bên t: thời gian chảy ηx: độ nhớt chất lỏng Đánh giá mùi gelatin Mùi gelatin đánh giá cảm quan theo phương pháp mô tả Cách tiến hành sau: Chuẩn bị mẫu cảm quan: Hòa tan 0,5g gelatin ml nước cất, để thu dung dịch gelatin 6,67% ống nghiệm có nắp đậy Đậy vặn nhẹ nắp ống nghiệm giữ bể ổn nhiệt 50°C 10 phút Mở nắp ống nghiệm ngửi vừa mở để đánh giá mùi theo thang điểm 6: (0 = mùi, = nhẹ nhận biết đánh giá cẩn thận, = nhẹ dễ nhận biết, = mạnh không gây khó chịu, = mạnh gây khó chịu, = mạnh khó chịu) Phương pháp xác định hàm lượng tro Cân 10g đến 15g mẫu thử, xác đến 0,001g, cho vào chén nung biết trước khối lượng Mẫu thử đốt từ từ bếp điện có lót lưới amiăng cháy hồn tồn thành than đen ( đốt khơng để mẫu thử cháy thành lửa) Cho chén chứa mẫu thử vào lò nung, nâng nhiệt độ từ từ đến khoảng từ 500oC đến 550oC giữ nhiệt độ khoảng 6h đến 7h đến mẫu thử thành tro trắng Nếu sau thời gian trên, tro cịn đen lấy chén nung ra, để nguội cho thêm vài giọt hydro peroxit axit nitric đậm đặc tiếp tục nung mẫu đến thành tro trắng Tắt điện lò nung, chờ cho nhiệt độ hạ bớt lấy chén tro ra, cho vào bình hút ẩm, để nguội 30 phút cân, xác đến 0,001g Tiếp tục nung nhiệt độ 30 phút, để nguội cân Tiến hành nung cân thu khối lượng không đổi Hàm lượng tro tổng số tính theo cơng thức sau: Hàm lượng tro tổng số= [( G1  G)×100]/m (%) ... tách từ vảy cá chẽm theo phương pháp gia nhiệt vi sóng Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu xác định điều kiện thích hợp để chiết tách gelatin từ vảy cá chẽm tươi theo phương pháp gia nhiệt. .. thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ nhớt gelatin từ vảy cá chẽm 47 Hình 3.11 Ảnh hưởng thời gian chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ gelatin từ vảy cá. .. nước chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến độ gelatin từ vảy cá chẽm 55 Hình 3.19 Ảnh hưởng tỷ lệ vảy/ nước chiết theo phương pháp gia nhiệt vi sóng đến mùi gelatin từ vảy cá chẽm