Nghiên cứu sản xuất gelatin từ da cá ngừ: Tiềm năng và khả thi

Các nghiên cứu trong và ngoài nước về gelatin

Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gelatin là: vẩy, xương, bong bóng và da cá. Vì động vật thuỷ sản chỉ có những loại cá to, da dày mới bóc được da (như cá nhám, cá voi) nhưng các loài cá này da của chúng hiện nay chủ yếu dùng cho ngành thuộc da. Xương cá tuy có thể chế gelatin nhưng đứng về mặt kinh tế mà nói thì số lượng quá ít vẩy cá chiếm tỷ lệ trọng lượng trong cá thuộc vào bộ phận không ăn được.

Bong bóng cá tuy chỉ một ít có thể làm gelatin nhưng lượng collagen rất cao, do đó nó là nguyên liệu tốt dùng để sản xuất gelatin có chất lượng cao. Hiện nay trong sản xuất gelatin từ cá, nguyên liệu chủ yếu là vẩy cá. Trong nguyên liệu dùng để chế biến gelatin từ cá như da, vẩy, xương … thành phần chủ yếu là colagen, ngoài ra còn có albumin, globulin, chất béo và chất khoáng….

Năm 1860 gelatin từ cá đã xuất hiện trên thị trường, nhưng sự hiểu biết về nó còn rất hạn chế. Đến năm 1956 Gustarson đã tiến hành nghiên cứu các khả năng phản ứng của colagen. Năm 2005, Vũ Trần Tùng đã nghiên cứu thành phần hoá học của da cá basa, tối ưu hoá các công đoạn xử lý NaCl, NaOH, Citric, trích ly.

Năm 2006, Trần Duy Phong đã nghiên cứu xử lý da cá bằng Na2CO3 để khử mỡ và điều chỉnh Ph, nghiên cứu ảnh hưởng của Ph trong nước nấu đến chất lượng gelatin và nghiên cứu ảnh hưởng của công đoạn cô đặc và sấy lạnh đến chất lượng của gelatin.

Nội dung nghiên cứu

Da cá được rã đông rồi tiến hành rửa bằng nước sạch nhằm loại bỏ các phần thịt còn bám dính, tạp chất cặn bẩn… Sau khi rửa sạch ta đem cắt nhỏ miếng da cá khoảng 2 ÷ 3 cm để tạo ra kích thước đồng đều cho da thuận tiện cho các công đoạn xử lý tiếp theo. Lấy 10gam nguyên liệu đã được xử lý và rửa sạch, cho vào túi nilon nhỏ đem đi phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu. Mục đích: Xử lý NaCl là làm sạch da cá và làm tăng khả năng hydrat hoá của da cá, tạo điều kiện cho quá trình xử lý, trích ly được dễ dàng, hiệu suất thu hồi gelatin cao hơn.

Kết thúc thời gian ngâm NaCl, nguyên liệu được rửa sạch bằng nước rồi đem ngâm (3 lần) trong dung dịch NaOH nhằm khử lipid, protid và sắc tố hoà tan trong môi trường kiềm. Mục đích: Trên mạch colagen có gốc cacboxyl(- COOH) và amin(- NH3) nên sự có mặt của kiềm mạnh (NaOH) thì ion của nó tác dụng với gốc cacboxyl và làm cho điện tích trên gốc amin bị ức chế. Dưới tác dụng của kiềm thì colagen bị phá huỷ cấu trúc bậc cao, chuỗi polypeptid dãn xoắn dẫn tới việc phá huỷ từng cấu trúc colagen để tạo ra gelatin.

Nhờ đó mà làm cho nguyên liệu trở nên mềm mại hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn xử lý tiếp theo. Ngoài ra, kiềm còn có tác dụng hoà tan và loại bỏ các chất hữu cơ khác như Albumin, mucin, mucoid, keratin và sắc tố…. Ngâm NaOH xong, nguyên liệu được rửa sạch bằng nước rồi ngâm trong dung dịch acid citric nhằm khử các chất khoáng, protid và sắc tố tan trong môi trường acid đồng thời nhằm mục đích trung hoà môi trường của dịch.

Mục đích: Cũng như kiềm, acid Citric (C6H7O8.H2O) là một acid yếu trong cấu tạo của colagen, do vậy acid Citric cũng làm cho colagen bị phá huỷ cấu trúc bậc cao và hình thành gelatin. Ngoài ra acid còn hoà tan các chất khoáng, sắc tố và một số các chất hữu cơ khác tan trong môi trường acid. Quá trình xử lý ở trên nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn trích ly, rồi tiến hành lọc bằng vải màn để loại bỏ bã và thu hồi dịch keo.

Mục đích: Khi qua các công đoạn xử lý (ngâm NaCl, ngâm NaOH, ngâm acid citric ) thì các liên kết trong cấu trúc của colagen sẽ trở nên lỏng lẻo, đồng thời bị phá huỷ một phần do đó khi trích ly sẽ làm cho colagen từ từ tan ra thành dung dịch keo (keo gelatin). Nếu như trích ly ở nhiệt độ càng cao và thời gian càng dài thì sự phân giải colagen ngoài tạo thành gelatin còn sản sinh ra các sản phẩm phân giải là gelatone và gelatose. Do đó trong quá trình trích ly, chúng ta phải chọn nhiệt độ và thời gian thích hợp để đảm bảo chất lượng của gelatin.

Bố trí thí nghiệm

Công đoạn xử lý NaCl và công đoạn xử lý acid citric các thông số được cố định dựa trên kết quả thí nghiệm của quy trình sản xuất cá Basa. Công đoạn xử lý NaOH và công đoạn trích ly các thông số được triển khai thí nghiệm và tối ưu hóa. Các chỉ tiêu dùng để đánh giá ở công đoạn này là sản lượng (%) và độ nhớt (mPa.s).

Công đoạn sấy: nhiệt độ được cố định theo kết quả nghiên cứu của nghiên cứu hoàn thiện quy trình thu nhận gelatin từ da cá Basa. Công đoạn này có 3 yếu tố ảnh hưởng là: nồng độ NaOH, thời gian xử lý và tỷ lệ dung dịch NaOH so với nguyên liệu (v/w). Hàm mục tiêu bao gồm sản lượng gelatin thu hồi được %(Y1) và độ nhớt của dung dịch gelatin mPa.s(Y2).

Thành phần hoá học

Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 3.2 cho thấy: hàm lượng lipid trong da cá ngừ khá cao do đó ở công đoạn xử lý kiềm ta phải xác định nồng độ và thời gian xử lý sao cho loại bỏ triệt để lượng mỡ có trong da. Hàm lượng NH3 và khoáng tuy nhỏ nhưng nó cũng ảnh hưởng đến chất lượng của gelatin sau này nếu không loại bỏ trước khi trích ly. So sánh với kết quả về thành phần hoá học của da cá Basa thì hàm lượng lipid ở da cá ngừ nhiều hơn nhưng hàm lượng nitơ tổng số lại ít hơn ở da cá Basa.

Xác định các thông số tối ưu cho quy trình sản xuất keo gelatin từ da cá.