Thành phần và cấu trúc của gelatin

L ỜI NÓI ĐẦU

1.4.2. Thành phần và cấu trúc của gelatin

Gelatin là một hỗn hợp dị thể của các protein cao phân tử tan trong nước. Tính theo khối lượng khô, gelatin chứa 98 – 99% protein. Protein được tạo thành từ những peptit bậc 3, glycine X - Y, trong đó X và Y có thể là amino axit bất kỳ nhưng thường thì proline giữ vị trí X và hydroxyproline ở vị trí Y.

Gelatin không là loại protein hoàn hảo về mặt dinh dưỡng vì không chứa tryptophan và thiếu isoleucine, threonine và methionine. Những amino axit chứa lưu huỳnh khác như cystein và cystine cũng thiếu hoặc không có. Nước chiếm từ 6 – 9 %. Hàm lượng tro chiếm 0,1 – 3,25 %.

Thành phần amino acid của gelatin Cấu trúc chuỗi của gelatin

Hình 1.4. Thành phần amino axit và cấu trúc chuỗi của gelatin [25] 1.4.3. Nguồn gốc của gelatin

Vật liệu thô dùng để sản xuất gelatin có nguồn gốc từ động vật gồm: xương động vật, da động vật tươi hoặc đã chế biến như da heo đông lạnh, cá, gia cầm.

1.4.4. Tính chất của gelatin [4], [5]

Gelatin là chế phẩm được tạo thành từ quá trình thuỷ phân collagen [5]. Gelatin không tan trong nước lạnh mà chỉ hút nước và trương nở, một phần nở ra hút từ 5 ÷ 15 lần nước đồng thời hình thành keo đông. Khi nhiệt độ tăng lên, nó tan và hình thành dung dịch thể keo. Dung dịch này đem làm lạnh, dù nồng độ rất thấp (0,25%) cũng có thể đông đặc.

Lấy 1 gam gelatin ngâm vào 100ml H2O, xác định độ hoà tan của nó cho kết quả như bảng 1.6 [5].

Bảng 1.6. Độ hoà tan của gelatin vào nước

Nhiệt độ ( oC) 10 15 20 24 27 30

Số gam trong 100ml H2O 0,030 0,055 0,080 0,200 0,700 0,870 Gelatin dạng hạt khô không mùi không vị, cứng trong suốt như thuỷ tinh, màu từ vàng nhạt đến hổ phách.

Gelatin là protein lưỡng tính với điểm đẳng điện nằm trong khoảng 5 – 9 tùy thuộc vào nguyên liệu thô và phương pháp chế tạo. Ở nhiệt độ thường gelatin có độ ẩm từ 9 – 13% và trọng lượng riêng d = 1,3 – 1,4.

1.4.5. Phân loại gelatin [24]

Gelatin được chia làm 2 loại: loại A và B.

- Gelatin loại A: là gelatin được chế biến theo phương pháp axit. - Gelatin loại B: là gelatin được chế biến theo phương pháp kiềm.

1.4.6. Ứng dụng của gelatin [2], [24]

Trước đây, người xưa đã biết dùng keo gelatin để dán giấy, ghép gỗ, pha chế nhựa để bẫy chim thú.

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì gelatin ngày càng có nhiều ứng dụng.

a. Trong thực phẩm

Trong công nghệ thực phẩm, gelatin được dùng rất nhiều với các chức năng: làm khô, bảo quản trái cây và thịt, sử dụng trong cà phê, bia, rượu và nước ép trái cây, chế biến sữa bột và những loại thức ăn bột khác. Gelatin là thành phần cơ bản để sản xuất ra kẹo dẻo, kẹo mềm, kẹo nuga. Sản xuất kem cần gelatin để duy trì nhũ tương bền của các nguyên liệu và tạo hình cho cây kem…

b. Trong y học

Trong công nghiệp dược phẩm, gelatin được dùng làm vỏ thuốc nhộng cứng và mềm để bảo quản dược phẩm không tiếp xúc với ánh sáng và oxy. Gelatin còn là chất bổ sung vào syro, chất nền cho thuốc mỡ và hồ như kem đánh răng.

Hình 1.6. Ứng dụng của gelatin trong chế biến dược phẩm làm capsun mềm c. Trong nhiếp ảnh

Nhờ tính chất vật lý và hóa học độc đáo của gelatin mà chất này trở thành một phần quan trọng trong công nghiệp phim ảnh. Gelatin rất có ích trong các công đoạn pha chế nhũ tương bạc halogenua để sản xuất phim. Gelatin rất quan trọng khi phim tiếp xúc với ánh sáng hay khi phim được rửa.

Hình 1.7. Ứng dụng của gelatin trong công nghệ phim hình d. Trong khoa học kỹ thuật

Gelatin còn được sử dụng rộng rãi trong khoa học như kỹ thuật đúc điện, chống thấm nước, nhuộm và phủ lam kính hiển vi. Các nghiên cứu về vi sinh sử dụng gelatin làm môi trường nuôi cấy. Gelatin là tác nhân nhũ tương hóa, rất có ích để kết hợp các chất lỏng và các chất phun xịt khác. Ở dạng ít tinh khiết hơn, gelatin được dùng làm keo và chất hồ vải. Keo có nguồn gốc từ gelatin được dùng để dán nhãn lên trái cây và rau quả…

- Nhận dạng cấu trúc vân tay: thay thế cho phương pháp cũ, việc dùng băng gelatin để lấy dấu vân tay sẽ thu giữ được các chất chứa trong vân tay, dù chỉ một

phần triệu gam. Phân tích chúng, người ta xác định được nhận dạng, tuổi tác, giới tính,… của chủ nhân dấu vân tay đó.

Sử dụng băng gelatin để thu thập và “chụp ảnh hóa học” dấu vân tay sẽ cung cấp thông tin nhiều hơn, nhanh hơn và chính xác hơn.

Hình 1.8. Nhận dạng dấu vân tay e. Trong y tế

Thành phần chủ yếu của băng y tế là gelatin. Băng này chứa các phân tử và tế bào giúp sửa chữa mô bị thương do có dạng lỏng và đông lại sau khi đổ lên vết thương. Ngoài tác dụng bảo vệ vết thương băng còn giúp mô bị tổn thương mau lành hơn.

1.4.7. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về gelatin [4], [7], [ 8]

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 collagen.

Năm 1990, Trần Thị Luyến đã nghiên cứu 50 keo từ xương cá của một số loài cá fillet. Những năm gần đây có một số đề tài nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu keo từ da cá basa.

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. Từ đó đưa ra quy trình sản xuất gelatin từ da cá basa.

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 [7].

Những nghiên cứu về khả năng chống oxy hóa của gelatin thủy phân (peptit, axit amin) từ đây được áp dụng vào đề tài thủy phân gelatin bằng nước dứa.

Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu

2.1.1. Nguyên liệu chính a. Dứa a. Dứa

Tên khoa học: Ananas comosus

Tên Việt Nam: Dứa khóm (thơm)

Dứa được mua ở chợ Vĩnh Hải – Nha Trang. Dứa được chọn có độ chín vừa phải, quả không bị khuyết tật, bầm dập, không sâu bệnh.

b. Gelatin

Gelatin được sử dụng trong nghiên cứu này là gelatin thực phẩm. Gelatin dạng tinh thể, không mùi, không vị, cứng trong suốt như thủy tinh, màu từ vàng nhạt đến hỗ phách, độ ẩm 9-13%.

2.1.2. Nguyên liệu phụ a. Đường saccarose a. Đường saccarose

Sử dụng loại đường tinh luyện cao cấp của công ty cổ phần đường Khánh Hòa, đạt tiêu chuẩn TCVN 1695 – 87. Độ tinh khiết ≥ 99,5%, độ ẩm ≤ 0,05%, ở dạng tinh luyện tương đối đồng đều, không vón cục, không ẩm, không có tạp chất lạ, có vị ngọt, không có vị hay mùi khác lạ, các tinh thể đều trắng tinh, óng ánh, khi pha trong dung dịch nước cất thì tạo thành dung dịch trong suốt.

b. Pectin

Trong sản xuất đồ hộp nước quả, pectin là thành phần làm cho nước quả đồng nhất, hạn chế việc tách lớp, phân tầng, chống vón cục cho sản phẩm.

Trong nghiên cứu này sử dụng pectin thực phẩm (chỉ số quốc tế INS 440) dạng bột, có màu trắng.

2.1.3. Bao bì

Trong quá trình nghiên cứu, sử dụng lọ thủy tinh, dung tích 200ml. Nó trơ với tác dụng của thực phẩm, có độ trong suốt cao, có thể nhận thấy được màu của sản phẩm, chịu được tác dụng của nhiệt độ.

2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Bố trí thí nghiệm 2.2.1. Bố trí thí nghiệm

2.2.1.1. Thử nghiệm thủy phân gelatin bằng nước dứa

Để đánh giá sự thủy phân gelatin bằng nước dứa, đề tài tiến hành thí nghiệm thăm dò để có kết luận chính xác về khả năng thủy phân của nước dứa đối với gelatin. Thí nghiệm được bố trí như sơ đồ hình 2.1.

Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm thủy phân gelatin bằng nước dứa

10ml dứa ép+90ml gelatin 1% Hòa tan hỗn hợp ở nhiệt độ phòng

Làm lạnh ở nhiệt độ 1 – 4oC, 240 phút Dứa nguyên liệu

Dịch quả sau khi lọc

Bất hoạt enzyme ở 90oC, 10 phút Nước cất 10ml dứa ép+90ml gelatin 1% 10ml nước cất+90ml gelatin 1% Xử lý cơ học

Quan sát khả năng tạo gel của gelatin

Kết luận khả năng thủy phân gelatin bằng nước dứa Thủy phân ở nhiệt độ 55oC, 120 phút

Cách tiến hành:

- Dứa nguyên liệu sau khi xử lý cơ học: bẻ cuống, gọt vỏ, bỏ mắt, cắt miếng, sử dụng máy xay sinh tố để xay, nghiền thịt quả. Hỗn hợp sau khi xay được đem lọc bằng rây và vải lọc, thu được dịch quả dạng đục.

- Chuẩn bị dung dịch gelatin 1%: cân 1g gelatin dạng tinh thể cho vào 100ml nước nóng, khuấy cho gelatin hòa tan hoàn toàn, dung dịch gelatin 1% được làm nguội ở nhiệt độ phòng.

- Chuẩn bị 3 lọ thủy tinh cùng thể tích. Lọ 1 gồm 10ml nước cất và 90ml gelatin 1%. Lọ 2 gồm 10ml dịch quả dứa đã gia nhiệt để bất hoạt enzym ở 90oC, trong 10 phút và 90ml gelatin 1%. Lọ 3 gồm 10ml dịch quả dứa và 90ml gelatin 1%. Hỗn hợp trong ba lọ được khuấy trộn ở nhiệt độ phòng, sau đó ủ ở nhiệt độ 55oC trong khoảng 2 giờ, lấy ra và đưa đi làm lạnh ở nhiệt độ 1 – 4oC trong 4 giờ. Quan sát khả năng hình thành gel gelatin.

2.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn và thời gian thủy phân đến hoạt tính chống oxy hóa của hỗn hợp thủy phân gelatin bằng nước dứa hoạt tính chống oxy hóa của hỗn hợp thủy phân gelatin bằng nước dứa

Để tìm ra được tỷ lệ phối trộn giữa dịch dứa với gelatin thích hợp nhằm tạo ra hỗn hợp thủy phân gelatin có hoạt tính chống oxy hóa cao nhất, có chất lượng cảm quan tốt nhất, đề tài tiến hành thí nghiệm thủy phân gelatin bằng nước dứa với các tỷ lệ nước dứa/gelatin khác nhau và thời gian thủy phân khác nhau. Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày như hình 2.2.

Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn và thời gian thủy phân đến hoạt tính chống oxy hóa của hỗn hợp thủy phân gelatin bằng nước dứa

Dứa nguyên liệu Xử lý cơ học

Gelatin

Dịch quả

Phối trộn

Hòa tan trong nước nóng Dung dịch gelatin 1% để nguội

29,82 đvhđ/g gelatin

Thủy phân ở nhiệt độ 55oC

Cảm quan

30 phút 90 phút 150 phút 210 phút

Chọn tỷ lệ và thời gian thủy phân thích hợp Phân tích hoạt tính chống oxy hóa - DPPH - Tổng năng lực khử 39,76 đvhđ/g gelatin 59,64 đvhđ/g gelatin 120,55 đvhđ/g gelatin

Cách tiến hành:

- Tiến hành phối trộn giữa đvhđ enzym trong dứa/g gelatin theo các tỷ lệ như trên sơ đồ hình 2.2.

- Hỗn hợp sau khi phối trộn được thủy phân ở 55oC và tiến hành lấy mẫu theo thời gian để xác định hoạt tính chống oxy hóa và đánh giá chất lượng cảm quan làm cơ sở lựa chọn thời gian và tỷ lệ phối trộn thích hợp.

2.2.1.3. Thử nghiệm sản xuất đồ hộp nước dứa – gelatin

Quy trình dự kiến sản xuất thử nghiệm đồ hộp nước dứa – gelatin (hình 2.3) được xây dựng dựa vào quy trình sản xuất đồ hộp rau quả của Nguyễn Văn Tiếp và cộng sự [9].

Hình 2.3. Quy trình dự kiến sản xuất thử nghiệm đồ hộp nước dứa – gelatin

Dứa nguyên liệu

Dịch dứa Xay nghiền Chọn lựa, phân loại

Phối trộn ở tỷ lệ 120,55 đvhđ/g gelatin

Lọc

Rửa, bỏ đầu, đuôi,đục lõi

Hòa tan trong nước nóng

Để nguội Gelatin

Thủy phân ở 55oC trong thời gian 90 phút Gia nhiệt Phối chế Đồng hóa Bài khí Rót chai, ghép nắp - Đường - Pectin Phân tích hoạt tính chống oxy hóa Thanh trùng (90oC) Bảo ôn Sản phẩm - Phân tích hoạt tính chống oxy hóa - Phân tích chất lượng sản phẩm

Thuyết minh quy trình:

1. Nguyên liệu

- Dứa:

Dứa được mua tại các chợ Vĩnh Hải, Vĩnh Thọ ở Nha Trang, có độ chín kỹ thuật, không sâu bệnh, dập nát.

- Gelatin:

Gelatin được mua ở cửa hàng Hoàng Trang, đường Hoàng Hoa Thám, Thành

phố Nha Trang, đảm bảo yêu cầu về độ tinh sạch dùng trong thực phẩm. 2. Phân loại, rửa

- Phân loại: nhằm tách loại những quả không đạt yêu cầu, thuận tiện cho quá trình chế biến về sau.

- Rửa: Mục đích:

- Loại bỏ tạp chất trên bề mặt như: đất, cát,…. - Loại bớt vi sinh vật bám trên bề mặt.

- Tẩy bớt một số chất hóa học độc hại. 3. Xử lý sơ bộ

Dứa sau khi chọn lựa, phân loại đem đi gọt vỏ, bỏ mắt để tránh nấm mốc trong mắt dứa lây nhiễm vào thịt quả, gây ảnh hưởng đến quá trình sản xuất. Sau đó rửa để loại bỏ tạp chất.

4. Xay nghiền

Từ thịt quả dứa đã được rửa sạch mang đi ép thu dịch để chuẩn bị cho công đoạn sau. Sử dụng máy xay sinh tố để xay thịt quả dứa.

5. Lọc

Lọc bằng vải lọc nhiều lớp và rây. Do đây là dạng nước quả đục nên không nhất thiết phải lọc hết thịt quả.

6. Phối trộn

- Chuẩn bị dung dịch gelatin 1%: cân 1g gelatin cho vào trong 100ml nước nóng, khuấy đều để gelatin hòa tan hoàn toàn tạo thành dung dịch gelatin 1%. Dung dịch này được để nguội ở nhiệt độ phòng.

- Phối trộn dịch ép dứa với dung dịch gelatin 1% theo tỷ lệ quy đổi về 120,55 đvhđ/g gelatin để làm tăng giá trị dinh dưỡng và cảm quan cho sản phẩm.

7. Thủy phân

Sau khi phối trộn dịch ép dứa với gelatin hòa tan, tiến hành ủ hỗn hợp ở 55oC trong thời gian thích hợp để đạt hiệu suất thủy phân gelatin bằng nước dứa là lớn nhất, cho sản phẩm có giá trị về dinh dưỡng cũng như cảm quan cao nhất.

8. Gia nhiệt

Mục đích của công đoạn gia nhiệt là nhằm trì hoãn sự thủy phân của hỗn hợp dứa – gelatin. Ngoài ra, gia nhiệt còn có tác dụng tiêu diệt sơ bộ lượng vi sinh vật gây ảnh hưởng cho sản phẩm sau này, giảm nhẹ công đoạn thanh trùng.

9. Phối chế

- Đường: tạo nên vị ngọt chính trong sản phẩm, tạo vị chua ngọt hài hòa, hấp dẫn cho sản phẩm, đồng thời góp phần kéo dài thời gian bảo quản. Nếu ít đường sẽ làm cho sản phẩm chua, nhạt. Nếu nhiều đường thì sản phẩm sẽ quá ngọt. Do đó, cần nghiên cứu để bổ sung lượng đường cho phù hợp.

- Pectin: nhằm chống sự phân lớp cho sản phẩm, cần nghiên cứu công đoạn này để xác định đươc hàm lượng pectin bổ sung thích hợp.

10. Đồng hóa

Nhằm tăng giá trị cảm quan, tạo ra sự đồng đều giữa các thành phần, tăng khả năng tiêu hóa và làm giảm sự phân lớp trong quá trình bảo quản sau này. Thời gian đồng hóa trong 3 phút.

Sau khi đồng hóa tiến hành thí nghiệm xác định hoạt tính chống oxy hóa của hỗn hợp nước dứa – gelatin.

11. Bài khí, rót chai, ghép nắp

Gia nhiệt đến 85oC rồi ghép nắp ngay nhằm tránh nhiễm vi sinh vật [9]. 12. Thanh trùng, làm nguội

- Thanh trùng không tiêu diệt 100% vi sinh vật nhưng tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật gây bệnh và vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm. Tùy loại thực phẩm mà có

Phương pháp xử lý số liệu