ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA
GELATIN TỪ DA CÁ TRA
SVTH : TRẦN LƯỠNG ĐẠI
MSSV : 60300560
GVHD : TS. TRẦN BÍCH LAM
BỘ MÔN : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Lời cảm ơn i
Tóm tắt luận văn ii
Mục lục iii
Danh mục các bảng iv
Danh mục các hình .v
Lời mở đầu vi
Chương 1: TỔNG QUAN 1
1.1. Giới thiệu về collagen 2
1.2. Định nghĩa gelatin 5
1.3. Cấu tạo của gelatin 5
1.3.1. Thành phần hoá học .5
1.3.2. Cấu trúc phân tử .6
1.3.3. Phân tử lượng .8
1.4. Tính chất của gelatin .11
1.4.1. Tính chất hoá lý 11
1.4.1.1 Điểm đẳng điện 11
1.4.1.2 Độ nhớt 12
1.4.1.3 Nội ứng suất 13
1.4.1.4 Tính chất phục hồi 15
1.4.2. Tính năng tạo gel 16
1.4.2.1 Sự tạo gel 16
1.4.2.2 Phương pháp đánh giá tính năng tạo gel 15
1.4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel 16
1.4.2.3.1 Gelatin tan trong nước 16
1.4.2.3.2 Gelatin trong dung dịch 21
1.4.3. Quá trình hoà tan và tính lưu biến học của dung dịch gelatin 23
1.4.3.1 Quá trình hoà tan gelatin 23
1.4.3.1.1 Các bước của quá trình hoà tan gelatin 23
1.4.3.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hoà tan bột gelatin 23
1.4.3.1.3 So sánh quá trình hoà tan truyền thống và hiện đại 25
2.4.3. Phương pháp xác định hàm lượng acid amin 52
2.4.4. Phương pháp xác định hàm lượng kim loại 55
2.4.5. Phương pháp xác định phân tử lượng 56
2.4.6. Phương pháp xác định pH 58
2.4.7. Phương pháp xác định độ nhớt 59
2.4.8. Phương pháp xác định độ đục 60
2.4.9. Phương pháp xác định điểm đẳng điện pI 60
2.4.10. Phương pháp xác định điểm tan chảy, điểm tạo gel 61
2.4.11. Phương pháp xác định khả năng tạo gel 61
2.4.12. Phương pháp xác định ảnh hưởng nồng độ đến tính chất gelatin 62
2.4.12.1 Anh hưởng nồng độ đến độ nhớt 62
2.4.12.2 Anh hưởng nồng độ đến độ bền gel 62
iii
2.4.13. Phương pháp xác định ảnh hưởng pH đến tính chất gelatin 63
2.4.14. Phương pháp xác định thời gian gel trưởng thành theo thời gian 63
2.4.15. Phương pháp xác định độ bền bọt 64
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 65
3.1. Xác định thành phần hoá học của chế phẩm gelatin TN 66
3.1.1. Thông số ẩm 66
3.1.2. Thông số tro 67
3.1.3. Thành phần acid amin 68
3.1.4. Thành phần kim loại 71
3.2. Phân tử lượng 71
3.3. Xác định các tính chất hoá lý cơ bản của gelatin 72
3.3.1. Nhiệt độ tan chảy, nhiệt độ tạo gel 73
3.3.2. Độ nhớt 74
3.3.3. Độ đục 75
3.3.4. Khả năng tạo gel 76
3.3.5. pH 78
3.3.6. Điểm đẳng điện pI 78
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần chuỗi
α
Bảng 3.11: So sánh tổng hàm lượng Proline và 4-Hydroxyproline giữa các loại gelatin
da
cá………………………………………………………………………………………
………………………………………………75
Bảng 3.12: Giá trị độ nhớt của nguyên liệu tại nồng độ 6,67% 75
Bảng 3.13: Anh hưởng nồng độ đến độ hấp thu của các mẫu 76
Bảng 3.14: Độ bền gel ở nồng độ 6,67% của các mẫu 77
Bảng 3.15: Giá trị pH ở nồng độ 6,67% 78
Bảng 3.16: Anh hưởng pH đến độ nhớt mẫu TN 80
Bảng 3.17: So sánh điểm đẳng điện của các loại gelatin da cá khác nhau 81
Bảng 3.18: Giá trị đo được trước và sau thời gian trưởng thành của các mẫu 82
Bảng 3.19: Giá trị độ nhớt đo được trước và sau thời trưởng thành 83
Bảng 3.20: Gía trị pH đo được của các mẫu trước và sau thời gian trưởng thành 86
Bảng 3.21: Giá trị pH đo được ở các nồng độ khác nhau trước và sau thời gian trưởng
thành 86
Bảng 3.22: Giá trị độ bền gel theo nồng độ 88
Bảng 3.23: Giá trị thời gian đo được trước và sau thời gian trưởng thành 89
Bảng 3.24: Giá tri độ nhớt đo được trước và sau thời gian trưởng thành 91
Bảng 3.25: Kết quả pH các mẫu trước và sau thời gian trưởng thành 94
Bảng 3.26: Giá trị pH đo được tương ứng với pH dung dịch đệm 98
Bảng 3.27: Giá trị độ bền bền gel đo được ảnh hưởng bởi pH 99
Bảng 3.28: Giá trị lực đâm xuyên của các mẫu 101
Bảng 3.29: Giá trị khả năng tạo bọt và độ bền bọt theo thời gian 102
Bảng 4.1: Chất lượng dung dịch gelatin cá da trơn nồng độ 6,67%. 103
Bảng PL2.1: Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong thực phẩm 132
Bảng PL2.2: Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong dược phẩm 132
Bảng PL2.3: Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong công nghiệp 133
Bảng PL2.4: Tiêu chuẩn của gelatin sản xuất theo phương pháp acid 134
C 20
Hình 1.17: Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ và loại gelatin 20
Hình 1.18: Anh hưởng của pH và nồng độ gellan lên modul tàng trữ gel 21
Hình 1.19: Anh hưởng của pH và nồng độ guar lên modul tàng trữ gel 21
Hình 1.20: Đường cong hòa tan của các dạng hạt gelatin cùng kích thước nhưng khác
độ Bloom. 23
Hình 1.21: Khả năng trương nở của bôt gelatin phụ thuộc vào kích thước ở 18
o
C. 23
Hình 1.22: Độ nhớt của dịch tạo khuôn trong gummy trái cây khi làm nguội phụ
thuộc vào hàm lượng nước. 26
Hình 1.23: Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa độ giãn và nhiệt độ của màng
gelatin 30
Hình 1.24: Đồ thị biểu diễn sự tương quan giữa khả năng chịu tải của màng
gelatin với áp suất hơi nước và đường hấp thu nước đẳng nhiệt của Gelatin dạng
xoắn. 31
Hình 1.25: Đồ thị biểu diễn sự tương quan giữa khả năng chịu tải của màng
gelatin với áp suất hơi nước và đường hấp thu nước đẳng nhiệt của Gelatin dạng
cuộn. 33
Hình 1.26: Quan hệ giữa khả năng chịu lực của màng Gelatin với lượng ECH
trong dung dịch Gelatin. P/Po 0(1); 0.3 (2); 0.65(3); 0.8 (4) và 0.9 (5). 34
Hình 1.27: Đồ thị thể hiện sự giãn dài của màng Gelatin dạng nguội (a) ở 20(1),
70(2), 100(3), 150(4), 220
°
C(5) và biểu diễn sự phụ thuộc của ứng suất tối đa và
biến dạng theo nhiệt độ. 36
Hình 1.28: Các phần thị trường dành cho các chất keo quan trọng được ứng dụng trong
công nghệ thực phẩm 42
Hình 1.29: Viên bao nang mềm 43
Hình 3.1: Quan hệ giữa độ hấp thu (A) và nồng độ (g/l) 72
LỜI MỞ ĐẦU
Gelatin là một sản phẩm protein công nghiệp có nhiều tính năng quan trọng
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, phim
ảnh, nghiên cứu vi sinh, … Trong công nghiệp thực phẩm gelatin đang ngày càng
chiếm thị phần lớn trong số các chất tạo gel. Sản lượng gelatin trên thế giới ngày
càng tăng.
Mặc dù có rất nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, công nghiệp dược
phẩm và một số ngành công nghiệp khác nhưng gelatin sản xuất từ da heo không
được chấp nhận ở các nước Hồi giáo, trong khi đó ở các nước An 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 lí 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 ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực. Vì vậy trên thế giới ngày càng có nhiều nghiên cứu sản
xuất gelatin từ các nguyên liệu khác.
Tiềm năng nguyên liệu sản xuất gelatin từ da cá ở nước ta là rất lớn.
Trong các quy trình công nghệ chế biến cá da trơn, tỷ lệ thịt fillet thương
phẩm của cá Basa chỉ chiếm 35%, còn lại 65% là phụ phẩm. Tương tự với cá Tra,
thịt fillet là 39,31%, còn lại 60,69% là phụ phẩm, trong đó nguyên liệu dùng để
sản xuất gelatin là da cá chiếm khoảng 5 – 6%. Nếu so với sản lượng cá một triệu
tấn/năm mà ngành thuỷ sản Việt Nam đang đạt đến thì lượng phụ phẩm hàng năm
thải ra là một con số vô cùng lớn.
Với sản lượng da cá thải ra chiếm khoảng 50000 tấn/năm thì việc sử dụng
phần phụ phẩm này hiệu quả sẽ mang lại lợi ích kinh tế, giảm ô nhiễm môi trường,
tạo thêm nhiều việc làm cho người lao động, góp phần cùng ngành công nghiệp
thuỷ sản nước ta phát triển bền vững. Hiện nay ở đồng bằng Cửu Long, đã có
nhiều nhà máy chế biến cá có công suất hàng trăm tấn cá/ngày, công ty AGIFISH
đạt gần 300 tấn nguyên liệu/ngày, Công ty TNHH Nam Việt đạt 500 tấn/ngày, nhà
máy Thuỷ sản Cần Thơ là 500 tấn/ngày,… Đây là điều kiện hết sức thuận lợi cho
1.1. Collagen – nguồn protein nguyên thủy của gelatin
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN
- 2 -
Collagen cấu thành nên khoảng 30% protein người, một tỉ lệ tương tự được tìm thấy
ở các loài động vật khác. Phân tử collagen có cấu tạo xoắn ốc bậc ba, là sự lặp lại của
chuỗi (Gly – X – Y), có các thành phần sau:
- Glycine (Gly) chiếm số lượng lớn, khoảng 33%.
- Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) cũng có một tỉ lệ khá lớn, khoảng 22%.
- Hydroxylysine (Hyl) chiếm khoảng 1%.
Đơn vị cơ bản của collagen là tropocollagen, gồm 3 chuỗi α liên kết nhau tạo thành
những sợi nhỏ.
Hình 1.1 Tropocollagen [31]
Các phân tử tropocollagen sẽ liên kết ngang với nhau theo kiểu cộng hóa trị. Loại
liên kết này không thông dụng, thường chỉ có ở collagen hay các chất dẻo.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN
- 3 -
Hình 1.2 Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen [29]
Da, xương, sụn…
Da (không có trong
xương)
Mặc dù các chuỗi
α
hoàn toàn giống nhau về các tính chất vật lí nhưng sự khác
nhau về thành phần hoá học có thể làm thay đổi đặc tính của gelatin. Vì thế, sự phân bố
của thành phần acid amin trong các chuỗi
α
cần phải được quan tâm.
Bảng 1.2 Sự phân bố acid amin của 3 chuỗi
α
trong collagen loại I và III
Thành phần
Thành phần theo tỉ lệ/1000
α
1 (loại I)
α
2 (loại I)
α
1 (loại III)
3 – Hydroxyproline
4 – Hydroxyproline
Proline
Lysine
102
12
35
5
14
0
125
107
30
5
350
2
39
96
6
14
8
13
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN
- 5 -
Leucine
Arginine
Phenylalanine
Aspartic acid
Threonine
Glutamic acid
Tyrosine
19
50
1.3. Cấu tạo gelatin [19, 20, 21, 22, 30, 4, 5, 6, 32, 33]
1.3.1 Thành phần hoá học
Phân tử gelatin bao gồm:
ü 85 – 90% protein
ü 0,5 – 2% muối khoáng
ü 8 – 13% nước
Thành phần acid amin trong gelatin có gần đầy đủ các loại acid amin, ngoại trừ
tryptophan và cystein chỉ đôi khi tìm thấy dạng vết.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN
- 6 -
Hình 1.4. Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin [32]
Tỉ lệ giữa các acid amin có thể khác nhau, phụ thuộc vào nguyên liệu và phương
pháp sản xuất.
1.3.2 Cấu trúc phân tử
Cấu trúc phân tử của gelatin gồm 18 acid amin khác nhau liên kết theo một trật tự
xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 1000 acid amin, hình thành
nên cấu trúc bậc 1. Chuỗi peptide có chiều dài khác nhau, phụ thuộc nguồn nguyên liệu,
chuỗi có một đầu là nhóm amin, một đầu là nhóm cacboxyl. Giống như collogen cấu trúc
thường gặp của gelatin: Gly – X – Y
Với: X chủ yếu là nhóm proline
Y chủ yếu là nhóm hydroxyproline
Hình 1.5. Chuỗi phân tử gelatin.
R
1
, R
2
là các nhóm acid amin khác nhau
+ Cấu trúc xoắn ốc của Gelatin phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
ü Liên kết ngang hoá trị.
ü Khối lượng phân tử.
ü Sự xuất hiện của iminoacid.
ü Nồng độ Gelatin.
+ Tính chất đặc biệt của polyme sinh học là khả năng tương tác với nước khác với
polyme nhân tạo.
1.3.3 Khối lượng phân tử cuả Gelatin
Khối lượng phân tử có thể được xác định bằng phương pháp sắc ký rây phân tử (lọc
gel), điện di trên gel polyacrylamide và HPLC.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN
- 9 -
Hình 1.9 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin 250 loại B [4]
Gelatin có Bloom cao thường chứa một tỉ lệ lớn (30 – 50%) các phân tử có kích
thước giống nhau dưới dạng các chuỗi
α
và
β
. Theo Rose, 1977, phần lớn các gelatin
cũng chứa nhiều tổ hợp phân tử có khối lượng tới 10 triệu và các chuỗi polypeptide có
khối lượng phân tử ít hơn 80000. Hình 1.10. Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin 250, loại A -phân tích bằng
điện di trên gel [19]
(Bên phải là của gelatin, bên trái là các protein chuẩn dùng so sánh khối lượng
phân tử).
Dựa vào hình có thể nhận thấy có hai chuỗi rõ ràng với khối lượng khoảng
và
−
γ
peptide
Có khối lượng phân tử rất lớn, 15 – 20 x 10
6
dalton, dạng nhánh
giúp tạo gel tốt.
Là các chuỗi oligomer của chuỗi
α
(thường 5 – 8 chuỗi)
Là oligomer của 4 chuỗi
α
285000 dalton (3 chuỗi
α
)
190000 dalton (2 chuỗi
α
)
95000 dalton
86000 dalton
Xuất hiện ở đoạn giữa các đỉnh
Bảng 1.4 Tỉ lệ các phân đoạn phân tử trong gelatin chất lượng cao (Bloom 250g) [4]
Nguồn gốc
Độnhớt (mp)
Tỉ lệ các phân đoạn (%)
< A
35
9
4
4
28
30
10
5
6
12
11
13
11
4
3
6
12
8
11
6
4
7
5
3
1.4.1 Tính chất hoá lý
1.4.1.1 Điểm đẳng điện
Điểm đẳng điện (pI) của hệ khuếch tán được định nghĩa là giá trị pH của môi trường
mà tại đó các phần tử trung hoà điện và các hạt phân tán không chuyển động trong điện
trường.
Giống như các loại protein khác, gelatin có thể xem là acid hay bazơ, điều này phụ
thuộc vào giá trị pH. Trong dung dịch acid, gelatin tích điện dương, còn trong dung dịch
bazơ, gelatin tích điện âm. Tại điểm pH, khi gelatin có tổng số điện tích dương cân bằng
với tổng số điện tích âm, phân tử không chuyển động trong điện trường thì đó là điểm
đẳng điện.
Điểm đẳng điện của dung dịch gelatin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn gốc,
phương pháp sản xuất…Sự khác nhau về tỉ lệ các nhóm acid amin và cacboxyl đã làm
điểm đẳng điện của các loại gelatin khác nhau. Trong collagen, 35% nhóm acid amin ở
dạng acid nên pI khoảng 9,4 (Eastoe, 1967). Trong quá trình tạo gelatin, phản ứng thuỷ
phân bằng acid hay bazơ sẽ làm thay đổi giá trị pI này. Nhìn chung, giá trị pI của gelatin
Copyright: Tài liệu đại học ©