2.1.1. Da cá
Nguyên liệu da cá sử dụng là phế liệu trong quá trình sản xuất fillet từ cá Tra, được thải ra tại công đoạn lạng fillet. Nguyên liệu có kích thước trung bình 30cm x 10cm x 0,15cm, còn sót một ít vây, mỡ và thịt cá. Sau khâu lạng da, da cá được tách ra và đem đi cấp đông để tránh bị biến đổi.
Hình 2.1: Nguyên liệu da cá của công ty AGIFISH
Nhà cung cấp: Công ty cổ phần xuất nhập khẩu Thuỷ sản An Giang (AGIFISH), 1234 Trần Hưng Đạo, phường Bình Đức, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang.
Vận chuyển: Nguyên liệu được vận chuyển bằng xe tải chở hàng từ Công ty AGIFISH tại An Giang đến đại lý phân phối tại Hồ Chí Minh. Trong suốt quá trình vận chuyển, nguyên liệu được chứa trong thùng đá để bảo quản.
Tiếp nhận và bảo quản: Nguyên liệu khi nhận về ở dạng những bao 10kg, đã đông lạnh. Tiến hành rã đông, đóng thành từng gói nhỏ 200g giúp thuận tiện trong quá trình lấy mẫu nghiên cứu.
Bảo quản: Nguyên liệu được bảo quản trong tủ đông ở nhiệt độ – 200C suốt quá trình nghiên cứu .
2.1.2. Hóa chất sử dụng
-Enzyme Alcalase
-Các hóa chất khác : HCl, CH3COOH, NaOH, Diethyl ether, HNO3, H2SO4, HClO4, Phenolphtalein, Cồn ethylic, NH3, Petroleum ether.
2.1.3. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
Bảng 2.1: Thiết bị, dụng cụ sử dụng trong thí nghiệm
STT Tên thiết bị, dụng cụ 1 Bể điều nhiệt Gallen Kamp 2 Bộ Soxhlet 3 Bx kế để bàn 4 Cân phân tích 1 số lẻ 5 Cân phân tích 4 số lẻ 6 Lò nung Lenton 7 Máy cất đạm tự động Gerhardt 8 Máy cô quay chân không 9 Máy đo ẩm tự động Scaltec. 10 Máy đo cấu trúc Instron 11 Máy đo pH Metter Toledo 12 Máy lọc áp suất
13 Máy ly tâm đĩa
14 Máy quang phổ hấp thu UV – Vis Genesys 15 Máy sấy phun GEA
16 Nhớt kế Ostwald 17 Tủ ấm
18 Tủ đông 19 Tủ Hotte
2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Mục đích nghiên cứu 2.2.1. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của nghiên cứu này là xác định các thông số tối ưu cho quá trình xử lý nguyên liệu da cá nhằm đạt hiệu suất trích ly gelatin cao với chất lượng tốt (độ bền gel cao, độ tinh sạch cao).
2.2.2. Sơ đồ nghiên cứu
2.2.3. Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu 2.2.3.1. Tổng quan tài liệu 2.2.3.1. Tổng quan tài liệu
Trong giai đoạn này, đã tìm hiểu tổng quan tài liệu về: Tổng quan tài liệu Khảo sát nguyên liệu Chọn phương pháp công nghệ
Tối ưu hóa thông số quá trình xử lý nguyên liệu
Sản xuất gelatin theo thông số tối ưu
Kết luận – Kiến nghị
Khảo sát sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nguyên liệu
Nguyên liệu da cá để sản xuất gelatin. Cấu tạo và tính chất của collagen.
Lịch sử phát triển, định nghĩa, cấu tạo, phân loại, tính chất, các phương pháp sản xuất gelatin, tiêu chuẩn và ứng dụng của gelatin.
2.2.3.2. Khảo sát nguyên liệu
Nguyên liệu được trữ đông trong tủ đông sẽ được rã đông bằng nước ở nhiệt độ phòng. Sau khi rã đông, nguyên liệu sẽ được tiến hành khảo sát các thành phần hóa học cơ bản:
- Hàm lượng ẩm.
- Hàm lượng tro tổng.
- Hàm lượng lipid tổng.
- Hàm lượng nitơ tổng, từ đó tính toán được hàm lượng protein tổng.
Các số liệu này sẽ cho ta một cái nhìn sơ bộ về giá trị sử dụng của nguyên liệu. Trong đó hai số liệu cần quan tâm là:
- Hàm lượng protein: thành phần protein chính trong da cá là collagen tiền chất của gelatin. Hàm lượng protein càng cao thì hàm lượng gelatin thu được sẽ càng nhiều. Từ hàm lượng protein đó, ta còn có thể đánh giá khả năng tận dụng phế liệu này để sản xuất gelatin.
- Hàm lượng lipid: cũng đóng vai trò rất quan trọng. Hàm lượng lipid cao thì cần phải có quá trình tách béo cho dịch trích li, do đó làm kéo dài và phức tạp hóa quá trình sản xuất.
2.2.3.3. Chọn phương pháp công nghệ
Mục đích: Lựa chọn phương pháp phù hợp để sản xuất gelatin với hiệu suất cao và chất lượng tốt, đơn giản và ít tốn chi phí.
Tiến hành: Qua tham khảo một số tài liệu, chùng tôi tiến hành nghiên cứu sản xuất gelatin theo 3 phương pháp xử lý nguyên liệu khác nhau: phương pháp kiềm – acid, phương pháp acid, phương pháp enzyme – acid. Từ kết quả thực nghiệm, chùng tôi sẽ so sánh 3 phương pháp để lựa chọn phương pháp có hiệu suất trích ly cao và chất lượng gelatin tốt để tiến hành tối ưu hóa.
Thông số kiểm tra:hiệu suất trích ly, pH dịch trích ly, độ nhớt dịch trích ly, màu dịch trích ly.
2.2.3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nguyên liệu 2.2.3.4.1. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid xử lý đến khản ăng trương nở của nguyên liệu
Mục đích: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HCl sử dụng cho quá trình xử lý nguyên liệu đến khả năng trương nở của da cá và chọn nồng độ acid thích hợp sao cho khả năng trương nở đạt giá trị tốt nhất và kinh tế nhất.
Tiến hành: Thí nghiệm được tiến hành với một thông số thay đổi và lặp lại ba lần. Nồng độ HCl khảo sát : 0,5% ; 0,75%; 1% ; 1,25% ; 1,5%.
Yếu tố cố định:
- Thời gian xử lý HCl: 10 phút.
- Thời gian ngâm trương nở:10 phút
- Tỷ lệ HCl: 0,7
- Thông số kiểm tra: Khối lượng da cá sau trương nở.
3.2.3.4.2. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý nguyên liệu đến khả năng trương nở của nguyên liệu
Mục đích: khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý HCl trong quá trình xử lý nguyên liệu đến khả năng trương nở của da cá và chọn thời gian xử lý thích hợp sao cho khả năng trương nở đạt giá trị tốt
Tiến hành: Thí nghiệm được tiến hành với một thông số thay đổi và lặp lại ba lần. Thời gian xử lý HCl khảo sát : 3 ; 5 ; 7; 10; 12.
Yếu tố cố định:
- Nồng độ HCl: 1%
- Thời gian ngâm trương nở: 10 phút
- Tỷ lệ HCl: 0,7
2.2.3.4.3. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ HCl / nguyên liệu sử dụng đến khả năng trương nở của nguyên liệu
Mục đích: khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ HCl/ nguyên liệu trong quá trình xử lý nguyên liệu đến khả năng trương nở của da cá và chọn thời gian xử lý thích hợp sao cho khả năng trương nở đạt giá trị tốt và kinh tế nhất.
Tiến hành: Thí nghiệm được tiến hành với một thông số thay đổi và lặp lại ba lần. Tỷ lệ HCl khảo sát : 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9.
Yếu tố cố định:
- Nồng độ HCl: 1%
- Thời gian xử lý HCl: 5 phút
- Thời gian ngâm nước:10 phút
- Thông số kiểm tra: Khối lượng da cá sau trương nở.
2.2.3.5. Tối ưu hóa các thông số số kĩ thuật của quá trình xử lý nguyên liệu [2, 3, 4, 5]
Mục đích: Khảo sát sự ảnh hưởng chung của các yếu tố khảo sát lên quá trình trích li và dùng qui hoạch thực nghiệm để tìm ra giá trị của các yếu tố khảo sát nhằm đạt được hiệu suất trích ly cao, độ nhớt cao và độ màu thấp.
Tiến hành: Từ các giá trị lựa chọn được trong phần thực nghiệm cổ điển, tôi thực hiện thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Ba yếu tố được khảo sát là: nồng độ acid HCl, thời gian xử lý HCl, tỷ lệ HCl. Trong thí nghiệm này, tôi thay đổi đồng thời các yếu tố khảo sát theo ma trận qui hoạch thực nghiệm để xác định quy luật ảnh hưởng của ba yếu tố này đến các hàm mục tiêu: hiệu suất trích ly, độ nhớt dịch trích, độ màu dịch trích.
Thí nghiệm được tiến hành theo phương pháp qui hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần, với 3 yếu tố là:
- Z1: Nồng độ acid HCl sử dụng, trong đó: mức trên Z1max = 1,25%, mức dưới Z1min = 0,75%, mức cơ sở Z1o = 1%.
- Z2: Thời gian xử lý acid, trong đó: mức trên Z2max = 7 phút, mức dưới Z2min = 3 phút, mức cơ sở Z2o = 5 phút.
- Z3: Tỷ lệ HCl sử dụng trong quá trình xử lý, trong đó: mức trên Z3max = 0,8 , mức dưới Z3min = 0,6, mức cơ sở Z3o = 0,7.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm như sau:
- 3 thí nghiệm tại tâm phương án: Z1o , Z2o , Z3o - 15 thí nghiệm được bố trí như sau:
Bảng 2.2: Bố trí thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm
STT Z1 Z2 Z3 1 1,25 7 0,8 2 0,75 7 0,8 3 1,25 3 0,8 4 0,75 3 0,8 5 1,25 7 0,6 6 0,75 7 0,6 7 1,25 3 0,6 8 0,75 3 0,6 9 1.215 5 0,7 10 -1.215 5 0,7 11 1 7,43 0,7 12 1 2,57 0,7 13 1 5 0,822 14 1 5 0,579 15 1 5 0,7
Thông số kiểm tra: Hiệu suất trích li, pH dịch trích li, độ nhớt dịch trích li, màu dịch trích li.
2.2.3.6. Sản xuất gelatin theo thông số tối ưu
Mục đích: Sản suất gelatin thành phẩm dựa trên các giá trị tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng.
Tiến hành: Sau khi tính toán được giá trị tối ưu cho các thông số khảo sát, tôi áp dụng các giá trị này để tiến hành sản xuất gelatin đến giai đoạn thành phẩm. Dịch gelatin bán thành phẩm sau quá trình trích li như đã trình bày trên sẽ tiếp tục đưa qua quá trình tinh sạch, cô đặc sơ bộ và sấy.
Tinh sạch
Mục đích: loại bỏ các tạp chất trong dịch trích li giúp dịch trích li tăng độ trong, giảm độ màu.
Thực hiện: Dịch thu được sau quá trình trích li sẽ được lọc thô bằng vải lọc để tách bã và các tạp chất thô có kích thước. Phần dịch thu được sau lọc thô sẽ được đem li tâm đĩa ở 900g để tách béo trong dịch trích nhằm cải thiện độ trong và tránh hiện tượng oxi hóa chất béo làm giảm chất lượng dịch trích. Sau đó, dịch trích sẽ được bổ sung than hoạt tính với hàm lượng 1%, khuấy liên tục trong điều kiện gia nhiệt ở 450C trong với thời gian 30 phút. Trong thời gian này, than hoạt tính sẽ hấp phụ các phân tử gây màu, gây mùi trong dịch trích. Dịch trích sau khi xử lí với than hoạt tính sẽ được lọc vải 2 lớp để loại bỏ các hạt than có kích thước lớn tránh gây nghẹt bơm trong quá trình lọc tinh sau. Dịch trích thu được sẽ được lọc tinh bằng thiết bị lọc áp suất với vật liệu lọc là một ống hình trụ làm bằng cellulose – ceramic đến khi dịch đạt độ trong yêu cầu (thời gian lọc khoảng 30 phút).
Cô đặc
Mục đích: Nâng cao độ Bx của dịch trích, làm bay hơi các cấu tử gây mùi giúp cải thiện mùi cho dịch trích.
Tiến hành: Dịch trích sau khi được lọc tinh sẽ được đem đi cô đặc chân không ở nhiệt độ 450C.
Sấy
Mục đích: Chế biến dịch trích thành bột gelatin thành phẩm có độ ẩm thấp để dễ bảo quản.
Tiến hành: Dịch trích sau khi cô đặc sẽ được đem đi sấy phun ở nhiệt độ 1200C, tốc độ bơm 8rpm.
Mục đích: đánh giá chất lượng sản phẩm gelatin tạo thành, đồng thời so sánh chất lượng với một số gelatin da cá thương mại trên thị trường để đánh giá khả năng ứng dụng sủa sản phẩm gelatin tạo được.
Tiến hành: Sản phẩm gelatin sau khi tạo thành và các sản phẩm gelatin thương mại sẽ được đo ẩm, tạo dung dịch và tạo gel để so sánh độ nhớt, độ màu và độ bền gel giữa các mẫu.
* Phương pháp tạo dung dịch
Cân 6,67 g gelatin vào 93,3g nước, khuấy đảo nhẹ rồi để yên trong 30 phút cho trương nở ở nhiệt độ phòng.
Sau đó cho vào bể điều nhiệt ở 600C trong 60 phút để hòa tan gelatin, trong giai đoạn này có khuấy đảo gián đoạn.
* Phương pháp tạo gel
Dung dịch gelatin sau khi hòa tan sẽ được làm nguội và giữ ổn định ở nhiệt độ 8 – 100C trong khoảng thời gian 16 – 18h để tạo gel.
2.3. Các phương pháp phân tích 2.3.1. Phương pháp xác định độ ẩm 2.3.1. Phương pháp xác định độ ẩm 2.3.1.1. Nguyên tắc
Sấy mẫu cần phân tích có khối lượng ban đầu là m0 đến khối lượng không đổi m1. Độ ẩm của mẫu W (%) được xác định theo công thức sau:
0 1 0 100% m m m − × Đo äẩm (%) = (2.1) 2.3.1.2. Tiến hành
Sử dụng thiết bị đo độ ẩm hồng ngoại của hãng Scaltec (Đức) sản xuất. Cân 1 lượng khoảng 2–3 g mẫu vào đĩa sấy (phải được sấy khô trước), đặt vào máy, xác lập chế độ sấy ở 150°C, sấy đến khối lượng không đổi. Đọc kết quả độ ẩm của mẫu hiển thị trên máy đo khi kết thúc.
2.3.2. Phương pháp xác định hàm lượng tro tổng 2.3.2.1. Nguyên tắc 2.3.2.1. Nguyên tắc
Dùng sức nóng (550 – 600oC) nung cháy hoàn toàn các chất hữu cơ, phần còn lại đem cân và tính ra thành phần trăm tro có trong thực phẩm.
2.3.2.2. Tiến hành
Tiến hành thí nghiệm theo tài liệu []
2.3.2.3. Công thức tính
Hàm lượng tro (%) được tính theo công thức sau: T = m m m m − × − 1 2 ) 100% ( (2.2) Trong đó: + m: khối lượng chén sứ + nắp(g).
+ m1: khối lượng chén sứ + nắp và mẫu trước khi nung (g).
+ m2: khối lượng chén sứ + nắp và tro (g).
2.3.3. Phương pháp xác định hàm lượng lipid trong mẫu rắn (Phương pháp Soxhlet) Soxhlet)
2.3.3.1. Nguyên tắc
Dùng dung môi kỵ nước trích li hoàn toàn lipid từ nguyên liệu. Một số thành phần hòa tan trong chất béo cũng được trích li theo bao gồm các sắc tố, các vitamin tan trong chất béo, các chất mùi ... tuy nhiên hàm lượng của chúng thấp.
Hàm lượng lipid có thể tính bằng cách cân trực tiếp lượng dầu sau khi chưng cất loại sạch dung môi hoặc tính gián tiếp từ khối lượng bã còn lại.
2.3.3.4. Tiến hành
Tiến hành thí nghiệm theo tài liệu []
2.3.3.5. Công thức tính
Hàm lượng phần trăm chất béo tính theo công thức
% 100 2 1− × = m M M X (3.3) X: % chất béo
M2: Khối lượng bao giấy và mẫu sau khi trích lipid và sấy khô, g
m: Khối lượng mẫu ban đầu, g
2.3.4. Phương pháp xác định hàm lượng chất béo trong mẫu lỏng ( Phương pháp Adam–Rose–Gottlieb)
2.3.4.1. Nguyên tắc
Trích li lipid trong mẫu phân tích bằng diethyl ether và petroleum ether trong môi trường NH3 và cồn. Làm bay hơi hết ether, cân lipid và từ đó xác định hàm lượng lipid trong sản phẩm.
2.3.4.4. Tiến hành
Tiến hành thí nghiệm theo tài liệu []
2.3.4.5. Công thức tính
Hàm lượng béo tổng X (%) được xác định như sau:
% 100 1 2 − × = m M M X (2.4) Trong đó:
M1 : khối lượng đĩa petri (g)
M2 : khối lượng đĩa petri và mẫu sau khi trích ly lipid và sấy khô (g) m : khối lượng mẫu đem phân tích (g) (m = 10 g)
2.3.5. Phương pháp xác định hàm lượng nitơ tổng và protein tổng 2.3.5.1. Nguyên tắc 2.3.5.1. Nguyên tắc
Khi đốt nóng phẩm vật đem phân tích với H2SO4 đậm đặc, các hợp chất hữu cơ bị oxy hóa. Carbon và hydro tạo thành CO2 và H2O. Còn nitơ sau khi được giải phóng ra dưới dạng NH3 kết hợp với H2SO4 tạo thành (NH4)2SO4 tan trong dung dịch. Đuổi NH3 khỏi dung dịch bằng NaOH đồng thời cất và thu NH3 bằng một lượng dư H2SO4
0,1N. Định phân lượng H2SO4 0,1N còn lại bằng dung dịch NaOH 0,1N chuẩn, qua đó tính được nitơ có trong mẫu nguyên liệu.
2.3.5.4. Tiến hành
2.3.5.5. Công thức tính
Hàm lượng nitơ tổng trong da cá được tính theo công thức sau:
m v V bT a N × × × × − =( ) 0,0014 100 (2.5) Trong đó: N : hàm lượng nitơ tổng (%). a : số ml H2SO4 0,1N đem hấp thụ NH3. b : số ml NaOH 0,1N tiêu tốn cho chuẩn độ. m : số gam vật phẩm đem vô cơ hóa.
0,0014 : lượng gam nitơ ứng với 1ml H2SO4 0,1N. v : thể tích dung dịch vô cơ dùng chưng cất (10ml).