BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ
ĐẠI HỌC Y DƯC TP.HỒ CHÍ MINH
NGUYỄN THỊ XUÂN
TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH
SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ BASA
BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG ENZYM
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯC HỌC
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ
ĐẠI HỌC Y DƯC TP.HỒ CHÍ MINH
NGUYỄN THỊ XUÂN
TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH
SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ BASA
BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG ENZYM
CHUYÊN NGÀNH KIỂM NGHIỆM DƯC PHẨM VÀ ĐỘC CHẤT
MÃ SỐ : 60 _ 73 _ 15
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯC HỌC
Người hướng dẫn khoa học :
TS. TRẦN THANH NHÃN
Tp. Hồ Chí Minh -2006
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện.
Các kết quả nêu trong luận văn này được đảm bảo tính trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào.
Tác giả
NGUYỄN THỊ XUÂN
Tp. Hồ Chí Minh -2006
PHẦN MỞ ĐẦU
Hiện nay, xuất khẩu thủy hải sản là một trong những mặt trận hàng đầu đã đem về
nhiều ngoại tệ cho nước ta, trong đó cá Basa chiếm tỷ trọng khoảng 20%.
Cá Basa, một loại cá da trơn được ưa chuộng ở nhiều nước trên thế giới, nhất là
trên thò trường Mỹ do nó có giá trò dinh dưỡng cao : cung cấp nhiều acid amin và
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzym, pH, nhiệt độ, thời gian thủy phân,
nhiệt độ chiết gelatin từ da cá Basa.
- Thiết kế và tối ưu hoá quy trình thủy phân protein (collagen) từ da cá Basa
để chiết gelatin với sự trợ giúp của các phần mềm vi tính.
- Kiểm nghiệm gelatin sản phẩm được chiết xuất theo các thông số do quy
trình tối ưu dự đoán.
Đề tài này được thực hiện tại Bộ môn Sinh Hóa và phân môn Vi tính Dược -
Khoa Dược – ĐHYD – TP.HCM và xí nghiệp Dược phẩm Cửu Long.
Nguồn nguyên liệu được cung cấp bởi Công ty cổ phần xuất nhập khẩu thủy sản
Agifish – An giang.
DA CÁ
BASA
(100 g)
MỤC LỤC
Trang
Bìa trong
Lời cam đoan
Mục lục
Các từ viết tắt i
Danh mục bảng ii
Danh mục hình và sơ đồ iv
Danh mục các phụ lục vi
PHẦN MỞ ĐẦU 1
Chương 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất gelatin từ da cá 3
1.2. Cá Basa 4
1.2.1. Đònh loài 4
1.2.2. Giá trò dinh dưỡng của cá Basa 5
1.2.3. Sản lượng 5
2.2.2. Pha chế dung dòch đệm pH 30
2.2.3. Quy trình thủy phân da cá Basa bằng phương pháp enzym 31
2.2.4. Thăm dò sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất
gelatin từ da cá Basa 35
2.2.5. Thăm dò nhân quả 39
2.2.6. Tối ưu hóa các thông số quy trình 40
2.2.7. Đánh giá quy trình tối ưu 40
2.2.8. Kiểm nghiệm sản phẩm 42
Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 47
3.1. Kết quả thăm dò sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng
trên quá trình chiết xuất gelatin từ da cá Basa 47
3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzym 47
3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân 49
3.1.3. Ảnh hưởng của pH 51
3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân 52
3.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết gelatin 55
3.2. Thiết kế mô hình thực nghiệm 56
3.2.1. Các thông số đưa vào phần mềm Design – Expert để thiết
kế các mô hình thực nghiệm
3.2.2. Kết quả thực nghiệm các mô hình 60
3.3. Nghiên cứu liên quan nhân quả và yếu tố ảnh hưởng 66
3.3.1. Xu hướng liên quan 66
3.3.2. Mức độ liên quan 67
3.3.3. Quy luật liên quan nhân quả 68
3.4. Tối ưu hóa quy trình 74
3.4.1. Luyện mạng thần kinh 74
3.4.2. Tối ưu hóa quy trình 76
3.4.3. Tính chất dự đoán của quy trình tối ưu 76
3.4.4. Thực nghiệm kiểm chứng quy trình tối ưu 76
3.4.5. Đánh giá quy trình tối ưu 77
3.9. Thông số thiết kế các mô hình Taguchi OA L 16 59
3.10. Kết quả xác đònh hiệu suất của các mô hình Taguchi OA L 16 60
3.11. Kết quả xác đònh lực gel của các mô hình Taguchi OA L 16 63
3.12. Kết quả xác đònh lực hiệu suất và gel của các mô hình Taguchi 65
3.13. Các xu hướng và mức độ liên quan nhân quả 67
3.14. Đặc điểm thống kê các mô hình liên quan nhân quả 75
3.15. Kết quả thực nghiệm mô hình tối ưu về hiệu suất và độ Bloom 77
3. 16. So sánh tính chất sản phẩm giữa hai lần thực nghiệm
của mô hình tối ưu hoá 77
3.17. So sánh tính chất sản phẩm giữa trung bình hai lần thực nghiệm
so với dự đoán của mô hình tối ưu hóa 78
3.18. Kết quả kiểm nghiệm gelatin thực hiện theo các thông số
của mô hình tối ưu hóa 79
DANH MỤC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ
Hình Trang
1.1. Cá Basa 4
1.2. Cấu trúc collagen 8
1.3. Sự sắp xếp của các acid amin trên phân tử tropocollagen 8
1.4. Quy trình thiết kế và tối ưu hoá 20
1.5. Minh họa hàm truyền Sigmoid và Tanh 24
1.6. Minh họa các hàm mục tiêu trong tối ưu hoá 25
2.1. Máy ép mỡ bằng tay 29
2.2. Đo và chỉnh pH các dung dòch đệm 30
2.3. Da cá Basa đã thủy phân 34
2.4. Lọc dòch gelatin chiết được 34
2.5. Sản phẩm gelatin trong bình hút ẩm 34
2.6. Máy xác đònh độ ẩm bằng quang phổ 43
2.7. Xác đònh độ tro 45
2.8. Lò nung để xác đònh độ tro 45
2.9. Cân để xác đònh độ tro 45
Phụ lục 9. Kết quả so sánh hiệu suất và lực gel giữa trung bình hai lần thực nghiệm
với dự đoán, của mô hình tối ưu hóa (phân tích phương sai hai yếu tố
không lặp)
Phụ lục 10. Kết quả kiểm nghiệm sản phẩm gelatin được thực hiện theo các thông
số của mô hình tối ưu hóa (dựa theo tiêu chuẩn DĐVN III)
CÁC TỪ VIẾT TẮT
CHỮ TẮT CHỮ NGUYÊN Ý NGHĨA
AF Amylase free Không có enzym amylasa
AR Analyse reagent Thuốc thử phân tích
AU Anson unit Đơn vò Anson
BM Bain Marie Cách thủy
DĐVN III Dược Điển Việt Nam tập 3
FAO Food agriculture organization Tổ chức nông lương thế giới
ppm part per million Phần triệu
WHO Word health organization Tổ chức y tế thế giới
ÝÙ KIẾN VÀ CÁC CÂU HỎI CỦA HỘI ĐỒNG :
I PGS. TS Đồng Thò Thanh Thu:
* GÓP Ý:
- Trang 6, 10, 11, 19, 33, 54 : lỗi chính tả.
- Lý thuyết về tối ưu hóa nên viết gọn hơn.
* CÁC CÂU HỎI:
1.Căn cứ vào đâu để biết khi nào sự thủy phân collagen đến gelatin để dừng ?
2.Tại sao chọn Alkalase để thủy phân?
3. Có thể thủy phân bằng acid được không? Tại sao?
4. Có enzym từ thực vật nào có thể dùng để thủy phân protein?
II. PGS. TS Võ thò Bạch Huệ:
* CÁC CÂU HỎI:
5. Trang 58, dựa vào đâu để thiết kế mô hình Taguchi.
6. Dựa vào đâu để lập nên các thông số để thiết kế các mô hình đó ?
7. Để xác đònh các biến độc lập, biến phụ thuộc xuất phát từ các số liệu thực
2. Chọn alkalase để thủy phân vì đã dựa vào một số tài liệu: Tài liệu cùa bộ công
nghiệp, tác giả là Vũ Thò Thuận là sản xuất gelatin từ da heo bằng enzym trong đó
có alkalase, esperase, savinase.Trong đó alkase cho hiệu suất cao nhất, hơn nữa do
thời gian có hạn nên chỉ khảo sát một enzym, nếu có điều kiện chúng tôi sẽ khảo
sát thêm các enzym khác.
3. Có thể dùng acid để thủy phân, Việc dùng acid để thủy phân đã dược ứng dụng
từ lâu. Nhưng so với phương pháp thủy phân bằng enzym( phương pháp sinh học
mới) có nhiều ưu điểm hơn:
- Không cần trang thiết bò chòu acid, chòu kiềm, chòu nhiệt độ cao, thường rất đắt
tiền.
- Không bò hũy môt số acid amin như khi dùng acid: Tryptophan bò mất hoàn toàn,
Serin và Threonin bò mất một phần…
- Cho hiệu suất cao , chất lượng cao hơn, hiệu quả kinh tế hơn.
4. Các enzym từ thực vật có thể dùng thủy phân protein như :bromelin từ quả thơm,
papain từ đu đủ, ficin từ trái sung …
5. Dựa vào kết quả thăm dò sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng là có 5 yếu tố ảnh hưởng,
mỗi yếu tố có thể chia thành 5 mức phù hợp với mô hình taguchi nên mô hình này
được chọn để thiết kế.
6. Các thông số để thiết kế là kết quả của quá trình thăm dò sơ bộ , dùng làm dữ
liệu đưa vào phần mềm Design – Expert sẽ thiết kế các mô hình thực nghiệm.
7. Để xác đònh các biến độc lập, phụ thuộc dựa vào kết quả thăm dò sơ bộ, dựa vào
tài liệu tham khảo, và kinh nghiệm trong quá trình thăm dò.
8. Ngoài da cá Basa, còn có thể sản xuất gelatin từ xương ,vây … từ các động vật
khác. Ở Việt Nam đã sản xuất gelatin nhiều bằng phương pháp acid hay kiềm,
riêng phương pháp enzym chỉ thấy sản xuất từ da heo. Riêng từ phế phụ liệu cá sản
xuất một số chế phẩm trong đó có gelatin nhưng chưa thấy đưa vào sản xuất (Đại
học Bách khoa).
9. Mô hình Taguchi có 16 thí nghiệm , mỗi thí nghiệm làm 2 lần nên phải đến 32
thí nghiệm nên không thể thực hiện 1 lần. Do đó 8 thí nghiệm trong hình là của 4
thí nghiệm, do đó mô hình Taguchi phải được thực hiện nhiều lần.
1.2. CÁ BA SA [1], [10], [15]
1.2.1. Đònh loài
Cá Basa (Pangasius bocourti).
Theo phân loại khoa học :
Bộ Siluriformes
Họ Pangasidae (họ cá Tra).
Giống Pangasius
Loài Pangasius bocourti
Là loài cá nước ngọt có giá trò kinh tế cao, được phân bố trong vùng đòa lý hẹp ở
lưu vực sông Mêkông và sông Chao (Campuchia, Lào, Thái Lan, Việt Nam). Ở
Việt Nam, chúng được nuôi nhiều và tập trung ở vùng Châu Đốc (An Giang) và
Hồng Ngự (Đồng Tháp) với năng suất cao.
Về ngoại hình, cá Basa rất dễ phân biệt với các loài cá khác trong họ cá Tra. Cá
Basa có thân ngắn, hình thoi, hơi dẹp ở hai bên, lườn tròn, đặc biệt bụng to tích
nhiều mỡ…
Hình 1.1 : Cá Basa (Pangasius bocourti)
1.2.2. Giá trò dinh dưỡng của cá Basa
Cá Basa là một loại cá nước ngọt, da trơn thường được nuôi thành bè để tiêu thụ
trong nước và để xuất khẩu ở dạng phi-lê hay chế biến thành nhiều món ăn ngon
và có giá trò dinh dưỡng.
Cá Basa không những cung cấp cho chúng ta lượng dinh dưỡng cao như protein,
khoáng chất mà còn chứa một lượng lipid rất cao, có gần 50 loại acid béo, trong đó
đủ các acid béo cơ bản có trong dầu mỡ thực phẩm, 75% acid béo không no. Vì
vậy, cá Basa có giá trò dinh dưỡng cao.
* Tỷ lệ các thành phần của cá Basa :
Thòt 33 – 38%
Mỡ lá 15 – 24%
Xương và đầu 27 – 42%
Nội tạng 2,5 – 4%
Da 5 – 7,5%
amin trong chuỗi xoắn là 2,9 A
0
và số lượng gốc acid amin trong một vòng xoắn là
gần 3,3 acid amin. Gần một nửa lượng amino acid của collagen là Glycine và
Alanine. Cấu trúc của Hydroxyproline tuân theo nguyên tắc lập lại hai lần trong
chuỗi. Ở những vò trí có nhóm liên kết – NH –và = O của Glycine và Alanine của
chuỗi này sẽ liên kết nhóm – NH – và = O của chuỗi kia ở vò trí tương ứng bởi liên
kết hydro. Cứ 3 chuỗi sẽ xoắn ốc chặc chẽ nhau tạo thành một chuỗi lớn hơn, đó
chính là sợi collagen rắn chắc trong mô sống.
Mỗi sợi polypeptid có trọng lượng phân tử khoảng 100.000 ĐVC. Mỗi chuỗi
polypeptid gồm 3 sợi nhỏ liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trò. Ba chuỗi
polypeptid này gồm : 2 chuỗi α, có cùng thành phần acid amin và một chuỗi ß có
thành phần acid amin khác nhau. Trong dung dòch lạnh các chuỗi collagen sẽ kết
hợp lại cấu trúc cuộn 3, cứ như thế cho đến khi tạo thành một mạng lưới được liên
kết bằng liên kết hydro.
1.3.2. Tính chất [9], [21], [31]
- Tính chất vật lý :
Dưới kính hiển vi điện tử, những sợi collagen có khả năng giãn nở nhẹ.
Khi đun nóng tới 60
0
C, collagen ẩm đột ngột co rút chỉ còn 1/3 hay 1/4 chiều dài.
Dưới tác dụng của acid, kiềm hoặc muối, collagen hút vào một lượng nước đáng kể
và trương phồng lên. Sự trương phồng này làm cho những sợi collagen ngắn hơn và
trong mờ hơn.
Trong nước lạnh, collagen không hòa tan mà chỉ trương nở.
-Tính chất hóa học :
Collagen không tan trong nước nhưng hút nước để nở ra. Phần nước kết hợp liên
kết trên chuỗi gốc cực tính ở mạch ngoài của collage ởÛ trung tâm thân nước này. Vì
có nước làm cho mạch chính lỏng lẻo, chuỗi gốc cực tính của collagen bò ion hóa
nhẹ, là do tác dụng của các phân tử (lực hút Vanderwals)
NH
3
– CH – CO … NH – CH
2
– CO – NH – CH
2
– C =
O
Collagen ngâm trong nước lạnh thì mềm dẻo, đun lâu trong nước thì tan ra.
Collagen tan trong glycerin, acid acetic nhưng không tan trong nước lạnh.
Hình 1.2. Cấu trúc của collagen Hình 1.3. Sự sắp xếp của các acid amin
trên phân tử tropocollagen
Copyright: Tài liệu đại học ©