Sự gia tăng của tuổi thọ, chứng béo phì, các nguồn thực phẩm “nghèo” tính dinh dưỡng cùng với chế độ hoạt động quá sức là những nguyên nhân chính dẫn đến các bệnh như : thấp khớp và loãng xương. Trong phần lớn các trường hợp, quá trình điều trị chỉ nhằm làm giảm đau và các triệu chứng gây ra bởi loại bệnh này. Do đó quá trình phòng ngừa loại bệnh này trở nên ngày càng quan trọng. Các cuộc thí nghiệm đã được thực hiện với một loại gelatin đặc biệt - gelatin thủy phân và từ kết quả thu được, các nhà khoa học chứng minh được rằng gelatin thủy phân tham gia vào quá trình phòng ngừa các bệnh do thoái hoá khớp xương gây ra.
5.5.1. Cơ cấu của khớp
Khớp là nơi hai đầu xương giáp tiếp với nhau, là một cơ quan tinh vi gồm nhiều thành phần giúp khớp vừa vững chắc vừa năng động tùy theo từng vị trí trên cơ thể.
Hình 5.43 Đặc điểm của khớp [63]
Sụn khớp: là một thành phần quan trọng, bao bọc các đầu xương như một lớp đệm để xương nhẹ nhàng trượt lên nhau trong khi khớp chuyển động. Ở đầu gối vì phải nâng đở sức nặng của cơ thể nên có thêm hai miếng sụn hình bán nguyệt tăng cường thêm.
Màng bao quanh khớp: tiết ra chất nhờn để nuôi dưỡng sụn khớp và giúp sụn giữ được trơn mướt.
Lớp màng ngoài, sợi gân, phần đuôi cơ bắp gắn vào xương sẽ tạo thành một lớp bao giữ cho khớp không bị trật ra ngoài.
5.5.2. Giá trị dinh dưỡng của gelatin thuỷ phân.
Bảng 5.19 Thành phần amino acid trong các loại thực phẩm khác nhau [1] Amino acid. Gelatin
thuỷ phân.
Sữa. Thịt heo. Khoai tây. Bánh mì.
Alanine. 9,27 0,12 1,53 0,11 0,24 Arginine*. 7,45 0,12 1,53 0,12 0,31 Aspartic acid. 5,63 0,28 2,34 0,43 0,39 Cystine. - - 0,31 - 0,2 Glutamic acid. 9,58 0,75 3,9 0,46 3,15 Glycine. 22,96 0,08 1,4 0,12 0,3 Histidine*. 0,61 0,09 0,99 0,04 0,18 Proline. 13,04 0,35 1,21 0,11 0,96 Hydroxyproline. 11,1 - - - - Hydroxylysine. 1,2 - - - - Isoleucine*. 1,4 0,21 1,27 0,1 0,38 Leucine*. 2,74 0,35 1,92 0,14 0,59 Lysine*. 3,8 0,26 2,2 0,13 0,2 Methionine*. 0,76 0,08 0,72 0,03 0,13 Phenylalanine*. 1,98 0,17 0,98 0,1 0,42 Serine. 3,5 0,19 1,1 0,1 0,39 Threonine*. 1,8 0,15 1,25 0,09 0,25 Trytophan*. - 0,05 0,31 0,03 0,08 Tyrosine. 0,3 0,17 0,91 0,08 0,21 Valine*. 2,1 0,23 1,42 0,13 0,39
Theo quan điểm y học: việc cung cấp đầy đủ glycine và proline sẽ là nhân tố cần thiết cho sự bền vững và tái sinh trong quá trình trao đổi chất của mô sụn. Quá trình tổng hợp một picrogram collagen loại II cần hơn một tỉ phân tử glycine và 620 triệu phân tử proline. Với một chế độ ăn “nghèo” protein hoặc sau quá trình hoạt động nặng không cung cấp đầy đủ các amino acid cần thiết thì quá trình đồng hóa trong trao đổi chất ở các khớp sẽ bị tác động, và quá trình tổng hợp các tế bào sụn sẽ giảm xuống.
Gelatin thủy phân có hàm lượng glycine và proline cao gấp nhiều lần các loại protein khác (B.5.13). Và đây là sự khác biệt lớn nhất so với các loại thực phẩm khác giúp gelatin thủy phân có thể được xem xét trong các ứng dụng thực phẩm, y dược nhằm nâng cao quá trình bảo vệ cho các khớp cơ và xương.
5.5.3. Ứng dụng của gelatin thủy phân trong việc phòng ngừa bệnh khớp thoái biến (một dạng phổ biến của viêm khớp).
Đặc điểm của bệnh khớp thoái biến (H.5.7):
Sụn khớp nứt mẻ, mỏng dần, để lộ hai đầu xương cọ xát vào nhau và có thể mọc gai.
Màng bao khớp viêm, sưng, tiết thêm chất nhờn làm khớp sưng lên.
Bọc khớp, sợi gân cũng dày thêm, co rút lại để xương nằm ở vị trí nguyên thủy, không trật ra ngoài. Các cơ bắp xung quanh yếu đi và teo nhỏ bớt.
Khi được sử dụng collagen thủy phân có tác động đồng thời tới sự trao đổi chất và sự tổng hợp collagen loại II, do đó nâng cao sự bền vững ở các khớp cơ (H.5.8).
Hình 5.45 Vai trò của gelatin thủy phân trong sự kích thích tổng hợp collagen [63] Chú thích : hình bên phải có sự hiện diện của cụm collagen xác định gelatin thủy phân có khả năng kích thích sự tổng hợp collagen ở các tế bào sụn khác biệt với hình bên trái không có sử dụng collagen thủy phân.
5.5.4. Ứng dụng của gelatin thủy phân trong việc phòng ngừa bệnh loãng xương
Xương là một mô sống tăng trưởng và luôn ở một trạng thái động tức là có sự bình quân giữa tình trạng thành lập và phá hủy mô xương. Trong suốt cuộc đời của mỗi người, mô xương cũ sẽ mất đi và mô xương mới sẽ được tái tạo ra để thay thế. Sự quân bình này sẽ bị phá vỡ khi:
Giảm lượng khoáng chất vào cơ thể (canxi). Giảm lượng vitamin D cung cấp.
Bệnh nội tiết.
Sử dụng một số loại thuốc.
Ít hoạt động hoặc bị bệnh phải nằm bất động lâu. Giảm hoạt động của tế bào tạo xương do tuổi già.
Khi được sử dụng các amino acid cùng với các chuỗi peptid của gelatin thủy phân sẽ qua thành ruột vào máu, từ đó chúng sẽ được vận chuyển đến các nơi cần
thiết ở các mô xương. Tại đây chúng có khuynh hướng được hấp thụ bởi xương hình thành nên thể keo collagen. Thể này được nhìn nhận đóng vai trò của một màng sinh học lưu trữ canxi và muối. Điều này đảm bảo sự chắc chắn của xương.
Theo các nghiên cứu lâm sàng thì việc sử dụng 10g gelatin thủy phân hàng ngày sẽ đảm bảo sự gia tăng liên tục proline và hydroproline trong huyết tương, điều này có ảnh hưởng tích cực đến sự trao đổi chất ở mô sụn, đảm bảo cho xương, khớp luôn chắc và khỏe mạnh.
5.6. KHẢ NĂNG ĐƯA GELATIN DA CÁ VAØO TRONG CÁC ỨNG DỤNG CÔNG NGHIỆP [28, 29, 31, 57, 74, 76, 77, 82] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như đã trình bày trong phần đầu của chương 5, gelatin có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp nhưng chủ yếu là của các loại gelatin sản xuất từ động vật có vú. Tuy nhiên, gelatin sản xuất từ da heo không được chấp nhận ở các nước Hồi giáo, trong khi đó ở các nước Ấn Độ giáo thì gelatin sản xuất từ bò chỉ được chấp nhận khi đã được làm theo những đòi hỏi của tôn giáo. Vì những lý do tôn giáo như vậy nên ở một số nơi trên thế giới không chấp nhận gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú dù có chất lượng tốt và được ứng dụng nhiều lĩnh vực.
Mặt khác, ngành chế biến cá có nhiều phế thải. Sau khi lóc phi lê, lượng phế thải chiếm 75% tổng khối lượng cá (theo Shahidi, 1994) và 30% trong số đó là da và xương (theo Goméz – Guillén và các cộng sự, 2002). Da và xương cá có chứa nhiều collagen, có thể đem sản xuất gelatin, từ đó giải quyết được vấn đề phế thải và đồng thời tạo ra sản phẩm có giá trị.
Vì các lý do tôn giáo và xã hội trên, gelatin sản xuất từ cá đã có vị trí quan trọng trong những năm gần đây. Đã có nhiều nghiên cứu về gelatin từ da cá và kết quả thu được cho thấy rằng gelatin từ da cá khác với gelatin từ động vật có vú trên cạn và gelatin thu được từ các loại cá khác nhau cũng khác nhau về tính chất. Trong khi gelatin từ xương cá thì ít có nghiên cứu hơn, vì thế thuật ngữ “gelatin da cá” là thường dùng để chỉ gelatin sản xuất từ cá.
Sự khác biệt chính về cấu trúc giữa gelatin da cá và gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú đó là làm lượng các imino acid (hydroxylproline và proline), các imino acid này đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc hình thành vùng chuyển tiếp tạo gel và đảm bảo cho sự chắc chắn gel của gelatin, gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú có hàm lượng các imino acid này lớn hơn gelatin da cá. Cá sinh sống trong môi trường nước càng lạnh thì hàm lượng các imino acid này càng thấp và ngược lại đối với cá sống trong môi trường nước ấm hơn. Do đó mà gelatin có nguồn gốc từ cá sống trong môi trường nước ấm có đặc tính gần giống với gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú mà không cần phải trải qua nhiều quá trình hiệu chỉnh. Ngược lại, để có thể thay thế gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú thì gelatin từ cá sống trong môi trường nước lạnh cần phải trải qua quá trình hiệu chỉnh bằng hóa học hoặc enzym. Tuy nhiên gelatin có nguồn gốc từ cá sống trong môi trường nước lạnh nếu không được hiệu chỉnh vẫn có thể được đưa vào trong các ứng dụng tạo gel ở nhiệt độ thấp cho các sản phẩm đông lạnh, tạo đặc cho sản phẩm vì chúng có độ nhớt cao.
Ngoài những kiếm khuyết về tính năng công nghệ như trên, gelatin có nguồn gốc từ cá còn có những nhược điểm khác như:
Vấn đề tinh khiết của gelatin: thành phần hóa học của gelatin từ cá không ổn định, khó kiểm soát và phụ thuộc vào loại cá và môi trường mà chúng sinh sống. Điều này được thể hiện qua nhiệt độ tan chảy và nhiệt độ tạo gel của các loại cá khác nhau thì khác nhau (B.5.14).
Gelatin từ cá có mùi vị lạ và khó để tạo cho gelatin có mùi vị trung hòa như gelatin từ động vật có vú.
Giá thành sản phẩm gelatin từ cá gấp cao gấp 3 lần so với gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú.
Hình 5.46 Độ nhớt của dung dịch gelatin nồng độ 10% ở các nhiệt độ khác nhau [31] Bảng 5.20 Nhiệt độ tan chảy và nhiệt độ tạo gel của các
loại gelatin khác nhau [31]
Loại gelatin. Nhiệt độ tan chảy (oC) Nhiệt độ tạo gel (oC) AF1 (Gelatin da bò có khối lượng
phân tử cao)
29,7 22,6
AF4 (Gelatin da bò có khối lượng phân tử thấp)
23,9 16,3
AP1 (Gelatin da heo có khối lượng phân tử cao)
32,3 24,7
AP4 (Gelatin da heo có khối lượng phân tử thấp)
26,0 18,2
OC1 (Gelatin xương bò có khối lượng phân tử cao)
31,2 24,5
OC5 (Gelatin xương bò có khối lượng phân tử thấp)
23,8 16,7
PB1 (Gelatin xương heo có khối lượng phân tử cao)
33,2 26,0
PB2(Gelatin xương heo có khối lượng phân tử thấp)
CT (Gelatin từ cá “tilapia”) 25,8 18,2 CC (Gelatin từ cá tuyết có khối lượng
phân tử thấp)
3,4 <0
IC (Gelatin từ cá tuyết) 10,3 3,6 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
M (Gelatin từ cá “megrim”) 20,0 11,8
Hiện tại chỉ mới có những nghiên cứu ban đầu trong quá trình trích ly gelatin từ các loại cá khác nhau cũng như ứng dụng của chúng trong thực phẩm.
5.7. SO SÁNH GELATIN VỚI CÁC CHẤT CẠNH TRANH TRONG CÁCỨNG DỤNG [35, 54, 63, 76, 77, 78, 82] ỨNG DỤNG [35, 54, 63, 76, 77, 78, 82]
Các nhân tố như: BSE (Bonvine Spongiform Encephalophathy), vấn đề ăn kiêng, tôn giáo đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển quá trình sử dụng gelatin trong các ứng dụng đặc biệt là trong lĩnh vực thực phẩm. Do đó mà trong lĩnh vực thực phẩm gelatin vấp phải sự cạnh tranh mạnh mẽ từ nhiều chất khác nhau, đa phần các chất này có nguồn gốc từ thực vật (B.5.15). Trong các ứng dụng y dược và nhiếp ảnh, những chất thay thế rất khó đáp ứng được các yêu cầu về tính năng công nghệ nên gelatin vẫn được sử dụng phổ biến. Bảng dưới đây liệt kê các chất cạnh tranh với gelatin (B.5.15).
Gelatin là một chất keo có tính đa năng cao trong các ứng dụng công nghệ. Chất keo có thể thực hiện hai chức năng cơ bản sau: chúng làm tăng độ nhớt của sản phẩm hoặc cung cấp cho sản phẩm cấu trúc đặc biệt dựa vào khả năng tạo gel của chúng. Gelatin ngoài ra còn có các đặc tính khác như đóng vai trò làm chất bền vững hệ nhũ tương, ngăn cản sự tái kết tinh, là chất kết dính, tạo bọt, tạo màng, tác nhân lọc. Và không có loại chất keo nào có thể bao gồm tất cả các tính năng như trên trong tất cả các ứng dụng (B.5.16& B.5.17).
Lĩnh vực thực phẩm.
Các sản phẩm phết lên bề mặt chứa ít chất béo.
Pectin.
Yogurt. Pectin, tinh bột, protein sữa.
Ezim phản ứng với protein sữa.
Ice cream. Carrageenan, CMC,
alginates, carob và guar gums.
Lĩnh vực y dược.
Viên nang cứng. HPMC.
Viên nang mềm. HPMC-a.
Carrageenans-a. Tinh bột-b. Màng bao. HPMC. Povidone. Acrylates. Cellulose. Plasma expander. Albumen. Dextran. a-còn trong giai đoạn nghiên cứu.
Hình 5.47 Các phần thị trường dành cho các chất keo quan trọng được ứng dụng trong công nghệ thực phẩm [63]
Bảng 5.22 So sánh các chất keo thường được sử dụng về tính lưu biến học [63] Chất keo. Gel hình thành. Ảnh hưởng
tạo đặc.
Sự trong suốt của gel.
Khả năng tan trong nước lạnh. Sự bền vững với pH. Gelatin. +++ Có tính thuận nghịch với nhiệt độ, có nhiệt độ tan chảy khác nhau và sự tạo gel ở nhiệt độ thấp.
+++ +++ 0
Ngoại trừ gelatin thủy phân và gelatin tan trong nước lạnh.
++
Agar-agar. +++
Có tính thuận nghịch với nhiệt độ, có nhiệt độ tan chảy khác nhau, tạo gel ở nhiệt độ cao.
+++ + 0 ++
Alginates. +++ (với Calcium) +++ +++ +++ +
Carrageenan. +++ (với ion dương) ++ ++ ++ ++
Carbonxymethyl cellulose (CMC). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Gum arabic. 0 + - +++ ++(pH 4÷9) Hydroxypropylm ethyl cellulose (HPMC). +++ Sự hình thành gel khi gia nhiệt.
+++ + +++ +++(pH 1÷10) Locust bean gum. 0 ++ - + +++(pH 3÷11) Tinh bột biến tính. +++ +++ + 0
Ngoại trừ tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý. ++ Tinh bột. +++ +++ + 0 + Pectin. +++ -LM: cần Ca2+, không thuận nghịch với nhiệt độ. -HM cần đường H+, thuận nghịch với nhiệt độ. ++ +++ ++ + LM: pH 2,5÷3,5 HM: pH 2,5÷4,5
Chất keo. Khả năng đông tụ. Lớp màng tạo thành. Tác dụng nhũ hoá. Chất keo bảo vệ. Tác dụng với các chất keo khác.
Gelatin. 0 +++ +++ +++ Có khả năng keo tụ
với agar-agar, carraganeen, LM- pectin, alginates, gum arabic, CMC.
Agar-agar. +++ +++ 0 0 Kết hợp với bean
gum hoặc guar: mức độ đông tụ thấp, gel tạo thành có tính mềm dẻo hơn. Carrageenan. K-Ca:+++ I-Ca:+ ++ +++ +++ Kết hợp với bean
gum hoặc guar: mức độ đông tụ thấp, gel tạo thành có tính mềm dẻo hơn.
Alginates. ++ +++ +++ +++ Kết hợp với bean
gum hoặc guar: mức độ đông tụ thấp, gel tạo thành có tính
Carbonxymethyl cellulose (CMC).
0 +++ +++ +++ Có tính năng công
nghệ khi kết hợp với locust bean gum, guar, và HM-pectin.
Gum arabic. 0 +++ +++ +++ Kết hợp với gelatin
hình thành nên giọt tụ. Hydroxylpropylmethy l cellulose (HPMC). + +++ +++ 0 Có tính năng công nghệ khi kết hợp với xanthan.
Locust bean gum. 0 + +++ 0 Kết hợp với xanthan:
giúp tăng độ nhớt. Kết hợp với tác nhân tạo gel: tạo mức độ đông tụ thấp.
Tinh bột biến tính. + ++ +++ 0 Kết hợp với gelatin:
cải thiện khả năng định hình.
Kết hợp với guar: tăng độ nhớt.
cải thiện khả năng định hình.
Kết hợp với guar: tăng độ nhớt.
Pectin. + +++ 0 0 Có khả năng keo tụ
với gelatin.
Xanthan. 0 ++ +++ +++ Kết hợp với locust
bean gum: tăng độ nhớt.
Kết hợp với guar: tăng độ nhớt.
Nhìn tổng quát thì gelatin có những ưu và nhược điểm sau khi so sánh với các chất thay thế gelatin trong các ứng dụng.
Bảng 5.24 Ưu và nhược điểm khi sử dụng gelatin trong các ứng dụng [63, 76, 77] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ưu điểm. Nhược điểm.
Có tính đa năng (tạo cấu trúc, chất ổn định, chất nhũ hoá, tạo màng…).
Tan chảy ngay trong miệng, tạo cảm giác và mùi vị ưa thích.
Tạo cấu trúc độc đáo, tính dẻo, sáng cho sản phẩm.
Dễ dàng đưa vào các ứng dụng. Không phải là phụ gia thực phẩm.
Có chức năng ngăn ngừa bệnh thấp khớp và loãng xương.
Là nguồn cung cấp protein.
Tính bền vững với nhiệt độ thấp. Tạo gel ở nhiệt độ thấp.
Quá trình tạo gel chậm.
Chỉ hòa tan ở nhiệt độ cao (ngoại trừ gelatin hoà tan trong nước lạnh và gelatin thủy phân).
Vấn đề quan ngại về bệnh bò điên BSE. Có nguồn gốc từ động vật do đó hạn chế đối tượng sử dụng.
TAØI LIỆU THAM KHẢO
1. Adam Milan et al, Collagen Hydrolysate and Its Relationship to Joint Health,