Cơ sở khoa học: [2]
Protein là thành phần không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sống .Protein là nền tảng về cấu trúc và chức năng của cơ thể sinh vật với thành phần cấu tạo chứa các nguyên tố C, H, O, N .Một số còn chứa một lượng nhỏ S.Tỉ lệ phần trăm khối lượng các nguyên tố này trong phân tử protein như sau:
C: 50-55 % H: 6, 5 – 7,3 % O: 21 – 24 % N: 15- 18 % S: 0-0, 24 %
Ngoài các nguyên tố trên, một số protein còn chưa một lượng rất nhỏ các nguyên tố khác như: P, Fe, Cu, Zn, Mn, Ca…
Axitamin là cấu tử cơ bản của protein, các axitamin thường gặp trong protein (trong tự nhiên) là những L –α - axitamin có nhóm amin đính vào nguyên tử cácbon α đứng cạnh nhóm cacboxyl
Công thức cấu tạo tổng quát của axitamin: R-CH-COOH Hoặc R-CH-COO-
NH2 NH2
(Dạng không ion hoá) (Dạng ion lưỡng cực)
R được gọi là mạch bên hay nhóm bên, và các axitamin chỉ khác nhau ở mạch R
Tính chất chức năng của protein có thể phân thành các nhóm chính như sau [3] 1) Các tính chất do tương tác giữa protein và nước.
2) Các tính chất do tương tác protein-protein. 3) Các tính chất bề mặt.
Khả năng hấp thụ nước và giữ nước, khả năng cố kết, khả năng phân tán, khả năng hoà tan và tạo nhớt là những tính chất thuộc nhóm thứ nhất.
Hiện tuợng kết tủa, tạo gel, tạo màng, tạo bột nhão, tạo sợi là những tính chất thuộc nhóm thứ hai.
Các tính chất như sức căng bề mặt, khả năng nhũ hoá khả năng tạo bọt lại thuộc nhóm thứ ba.
Tuy nhiên các tính chất này không hoàn toàn độc lập .Chẳng hạn như sự tạo gel không những do tương tác protein-nước mà còn tương tác protein-protein. Độ nhớt và độ hoà tan phụ thuộc các tương tác protein-nước và protein-protein.
Khả năng hydrat hoá (phụ thuộc vào liên kết protein-nước) như khả năng hút ẩm, giữ nước, trương nở, dẻo dính (adhesion), phân tán, hoà tan, tạo độ nhớt…
Protein tương tác với nước qua các nối peptit hoặc qua các gốc amin của mạch bên.
Các nhân tố như nồng độ, pH, nhiệt độ, thời gian, lực ion và sự có mặt các hợp phần khác sẽ có ảnh hưởng tới tương tác protein, protein -nước.
Khi thay đổi pH sẽ làm thay đổi sự ion hoá và sự tích điện của các phân tử protein do đó sẽ làm thay đổi lực hút và lực đẩy giữa các protein cũng như khuynh hướng của protein liên hợp với nước .
Ở điểm đẳng điện các tương tác giữa protein-protein là cực đại do đó sự hydrat hoá và trương nở là cực tiểu .Khi tăng nhiệt độ sẽ làm giảm các liên kết hidro do đó khả năng hấp thụ nước của protein cũng giảm.
Khi đun nóng sẽ gây biến tính và tập hợp protein làm cho bề mặt của phân tử protein bị giảm do đó khả năng giữ nước của các nhóm có cực ở protein cũng giảm theo.
Bản chất và nồng độ các ion có ảnh hưởng đến khả năng giữ nước, khả năng trương nở và hoà tan của protein.Giữa nước, muối và các nhóm bên axit amin thường có mối quan hệ cạnh tranh.Ở nồng độ muối thấp sự hydrat hoá của các protein có thể tăng nhưng khi nồng độ muối cao thì các tương tác giữa muối và nước trội hơn các tương tác giữa nước và protein do đó khử nước của protein.
b) Khả năng hoà tan của protein.
Về phương diện nhiệt động học, sự hoà tan tương ứng với một sự phân ly đồng thời các phân tử protein vào dung môi và tiếp đó là sự phân tán các phân tử protein vào dung môi để có một sự tiếp xúc liên pha giữa protein và dung môi là tối đa .Như vậy để tự hoà tan được, protein phải tương tác với dung môi càng nhiều càng tốt .Sự hoà tan của protein, phụ thuộc vào pH, lực ion, kiểu dung môi và nhiệt độ.
Hình 1.4. Dạng tồn tại của protein
Khi pH cao hơn hoặc thấp hơn điểm đẳng điện, protein sẽ tích điện âm hoặc điện dương, khi đó các phân tử nước sẽ tương tác với những phần tích điện này do đó góp phần làm cho protein hoà tan. Ngoài ra các chuỗi protein mang điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau do đó sẽ làm chúng tự phân ly và tự dãn mạch dễ dàng hơn. Các ion muối trung tính (0,5-1M) sẽ tác dụng với các phần tích điện của protein do đó sẽ làm giảm lực hút tĩnh điện giữa các nhóm tĩnh điện ngược dấu đứng canh nhau. Ngoài ra sự sonvat hoá phân tử protein nhờ các ion muối cũng sẽ làm tăng tính tan của protein. Ở nồng độ muối cao (trên 1M), các phân tử nước không đủ để sonvat hoá protein vì chúng đã liên kết gần hết với muối .Tương tác protein -protein trội hơn tương tác protein-nước, protein sẽ tập hợp và kết tủa.
Độ hoà tan của protein tăng khi nhiệt độ tăng từ 0 đến 40 hoặc 50 OC.Khi nhiệt độ cao hơn 40-50 O C chuyển động nhiệt của các phân tử protein đủ lớn để phá huỷ các liên kết vốn làm bền các cấu trúc bậc hai và bậc ba do đó protein bị tập hợp lại. Để thu hồi protein trong dung dịch nói chung và trong dung dịch máu cá nói riêng thì quan trọng nhất là phải phương pháp thích hợp nhất. Mỗi công nghệ, phương pháp đều có ưu, khuyết điểm nhất định. Do đó tuỳ theo điều kiện của mỗi nhà máy, chi phí đầu tư, thời gian, chi phí năng lượng, hoá chất, nhân công, chất lượng sản phẩm thu được sẽ mang lại gía trị lợi nhuận cho nhà sản xuất bao nhiêu… và quan trọng nhất có giải quuyết được vấn đề ô nhiễm môi trường cho nhà máy hiện nay hay không mà chúng ta chọn công nghệ, phương pháp cho thích hợp.
Căn cứ vào cơ sở khoa học trên ta có thể sử dụng một số phương pháp sau để thu hồi protein: