Tieu luan collagen

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÀI TIỂU LUẬN MÔN: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN.

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN

XUẤT COLLAGEN.

GVHD: TH.S Nguyễn Thị Thanh Bình

ĐHTP8ALT – Nhóm 10

TPHCM, ngày 18 tháng 6 năm 2013.

Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

SVTH: Nhóm 10 2

DANH SÁCH NHÓM 10.

STT Họ và Tên MSSV Nhiệm vụ

1 Trần Thị Ngọc Thuận 12083941 Power point

2 Nguyễn Thị Minh Ngọc 12083651 Tổng hợp bài

3 Hoàng Thị Hồng Yến 12107371 Nguyên lý sản xuất

4 Lại Thị Hương 12082351 Tổng quan về collagen

5 Phan Thị Thu Hằng 12072051 Quy trình công nghệ

6 Cao Thị Ngọc Thắm 12074711 Gelatin


SVTH: Nhóm 10 3

MỤC LỤC.


SVTH: Nhóm 10 4

LỜI MỞ ĐẦU.

Collagen là một dạng protein cấu trúc sợi dài và hầu hết các chức năng của nó khác

với dạng protein phổ biến là enzym (cấu trúc collagen). Những bó collagen hay còn

gọi là sợi collagen là thành phần chính của thể nền màng tế bào cấu tạo nên hầu hết

các mô và cấu trúc bên ngoài tế bào, nhưng collagen cũng được tìm thấy trong tế bào.

collagen có cường độ kéo đứt lớn và là thành phần chính của gân, sụn, xương, dây

chằng, da. Collagen tạo ra sự đàn hồi của da và nếu nó thoái hóa sẽ gây ra nếp nhăn

tuổi già.

Trong quá trình triết ly collagen có công đoạn thủy phân. Quá trình này tạo ra ollagen

thủ phân, được gọi là collagen hydrolysate. Tùy theo mức độ thủy phân mà collagen

có ứng dụng khác nhau. Collagen hydrolysate được ứng dụng phổ biến trong công

nghệ thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và công nghiệp nhiếp ảnh. Chúng được sử

dụng như chất đông, chất gây lắng trong thực phẩm. Chúng được dùng như chất thay

thế cao su, keo dán, xi măng, mực in nhân tạo, là chất tạo kết dính trong diêm quẹt,

trong bộ lọc sáng của đèn thủy ngân,…

Hiện nay, sự phát triển mạnh về collagen với những ứng dụng phong phú đã thực sự

có ích cho cuộc sống con người.

Nhóm chúng em được phân công tìm hiểu về quy trình sản xuất collagen.

Bài tiểu luận còn nhiều khiếm khuyết do kiến thức và sự hiểu biết có hạn, rất mong

nhận được sự góp ý của quý thầy cô.

http://www.congdongcollagen.com/kien-thuc-collagen/cau-tao-collagen


SVTH: Nhóm 10 5

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN.

o0o

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................


SVTH: Nhóm 10 6

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ SẢN XUẤT.

Dựa trên cơ sở tan trong acid acetic của collagen ta có thể ly tâm để tách

collagen ra khỏi phần bã để thu được dung dịch có chứa collagen.

Trong dung dịch muối trung tính cùng với gốc –COOH và –NH2 collagen tao

thành các hợp chất muối tủa. Do tính chất tủa trong NaCl của collagen nên có thể sử

dụng NaCl để tủa phần dung dịch có chứa collagen và lấy phần tủa bằng phương pháp

ly tâm.

Để thu được collagen sạch tiếp tục hòa tan phần tủa vào acid acetic.

Tính chất protein hòa tan thành dung dịch keo không đi qua màng bán thấm nên sử

dụng màng bán thấm để thu nhận collagen tinh sạch.

Màng bán thấm có tính chất chỉ cho các chất có phân tử nhỏ đi qua còn protein

là đại phân tử sẽ bị giữ lại. Dung dịch rửa sẽ thấm qua màng vào dung dịch keo, trong

khi đó các ion và các phân tử nhỏ sẽ chuyển vào dung dịch rửa có nông độ thấp hơn.

Như vậy thường xuyên thay dung dịch rửa ta sẽ thu được collagen tinh sạch.


SVTH: Nhóm 10 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU.

2.1 . Giới thiệu sơ lược về Collagen:

Collagen là loại protein cấu trúc chính yếu, chiếm khoảng 30% tổng lượng

protein trong cơ thể ở các động vật có xương sống. Collagen có nhiều trong gân, da,

xương, hệ thống mạch máu của động vật và có mặt trong các lớp màng liên kết bao

quanh các cơ. Khoảng 10% protein trong cơ ở động vật có vú là collagen; các protein

ngoại bào (hơn 90% trong gân, xương và khoảng 50% trong da) có chứa collagen. Nó

có tác dụng giống như một chất keo liên kết các tế bào lại với nhau để hình thành các

mô và cơ quan nền tảng trong cơ thể.

Collagen cung cấp cho các mô liên kết những đặc tính nổi trội nhờ vào sự hiện

diện rộng khắp và sự sắp xếp mang tính cấu trúc của nó. Nó phân bố khắp nơi trong

cơ thể, từ chỗ gân nối bắp chân với gót chân cho tới giác mạc. Trong gân và dây

chằng, collagen có tác dụng truyền lực từ cơ sang xương và tích trữ năng lượng đàn

hồi. Sự di chuyển nhịp nhàng, uyển chuyển sẽ không thể thực hiện được nếu thiếu

những tính chất này. Collagen còn là chất nền hữu cơ có trong xương và men răng

giúp chúng chống lại sự rạn nứt. Nó là thành phần chính trong da, mạch máu, các cơ.

Collagen không chỉ có chức năng cơ học, chẳng hạn như ở giác mạc, trật tự cấu trúc

của các sợi collagen tạo nên sự trong suốt.

Collagen được xem như một vật liệu mang tính xây dựng. Sự linh hoạt của nó là

nhờ vào cấu trúc cấp bậc phức tạp, tạo nên sự đa dạng trong tính chất nhằm phục vụ

những chức năng nhất định.

2.2 . Cấu trúc của collagen:

2.2.1. Cấu trúc phân tử của collagen:

Phân tử collagen (hay còn gọi là tropocollagen) là một protein hình trụ, dài

khoảng 300 nm, đường kính khoảng 1,5 nm.

Hình 2.1 Cấu trúc của phân tử collagen (triple helix).

1.5 nm

300 nm


SVTH: Nhóm 10 8

Nó bao gồm 3 chuỗi polypeptide (gọi là chuỗi ) cuộn lại với nhau. Mỗi chuỗi

cuộn thành đường xoắn ốc theo hướng từ phải sang trái với 3 gốc trên một vòng xoắn.

Ba chuỗi này xoắn lại với nhau theo hướng từ trái sang phải tạo thành đường bộ ba

xoắn ốc.

Hình 2.2 Sự hình thành chuỗi xoắn ốc nội phân tử và giữa các chuỗi polypeptide.

Mỗi chuỗi polypeptide có khối lượng phân tử khoảng 100 kDa, tạo nên tổng khối

lượng phân tử của collagen khoảng 300 kDa. Chuỗi được cấu tạo bởi khoảng 1000

amino acid. Các chuỗi khác nhau (1, 2 và 3) ở thành phần amino acid. Sự phân

bố của các chuỗi 1, 2 và 3 trong các phân tử collagen khác nhau tùy thuộc vào sự

khác nhau về gene.

Collagen không có chứa tryptophan, giàu thành phần glycine, proline và

hydroxyproline, là một trong số ít những protein có chứa hydroxylysine. Nó chứa

khoảng 33% glycine, 12% proline và 11% hydroxyproline. Các amino acid sắp xếp

trong chuỗi xoắn ốc theo các dãy với sự phân bố như sau:

Bảng 2.1 Sự phân bố các amino acid trong chuỗi polypeptide.

Triplet Tỉ lệ

Gly – X – X

Gly – X – I

Gly – I – X

Gly – I – I

0,44

0,2

0,27

0,09


SVTH: Nhóm 10 9

2.2.2. Cấu trúc sợi của collagen:

Phần lớn collagen trong mạng lưới ngoại bào được tìm thấy ở dạng sợi, bao gồm

những sợi mảnh, nhỏ. Thông qua quá trình tạo sợi, các phân tử collagen tổ hợp với

nhau hình thành nên các vi sợi (microfibril) bao gồm từ 4 8 phân tử collagen hoặc

với số lượng nhiều hơn sẽ tạo thành các sợi (fibril). Những sợi này có đường kính từ

10 500 nm tùy thuộc vào loại mô và giai đoạn phát triển. Các sợi collagen sẽ thiết

lập nên các sợi lớn hơn (fiber) và cao hơn nữa là các bó sợi (fiber bundle).

Hình 2.3 Cấu trúc sợi của collage.


SVTH: Nhóm 10 10

Hình 2.4 Quá trình tổ hợp tạo sợi của các phân tử collagen.

Các chuỗi collagen sắp xếp song song theo chiều dọc tạo thành các sợi với tính

chu kỳ nhất định. Chúng được sắp xếp so le nhau một khoảng 67 nm và có một

khoảng trống khoảng 40 nm giữa những phân tử liền kề nhau.

Nhờ vào cấu trúc có thứ bậc, độ bền vốn có của các chuỗi xoắn ốc được chuyển sang

các sợi collagen, cung cấp cho các mô độ cứng, độ đàn hồi và những đặc tính cơ học

riêng biệt.

Phân tử collagen, dài 300 nm, đường kính vòng xoắn 1,5 nm

Chuỗi polypeptide

Tổ hợp thành

vi sợi

Tổ hợp thành

sợi

Tổ hợp thành

bó sợi


SVTH: Nhóm 10 11

Hình 2.5 Hình ảnh của bó sợi (a) và sợi (b) collagen.

Sợi collagen là các tổ hợp có cấu trúc bán kết tinh của các phân tử collagen. Các

vi sợi kết hợp tạo nên sợi lớn hơn. Các sợi collagen được sắp xếp với những cách thức

kết hợp và mức độ tập trung khác nhau trong các mô khác nhau để cung cấp các đặc

tính khác nhau của mô.

2.3 . Phân loại collagen:

Tính đến thời điểm hiện tại, có 42 loại chuỗi polypeptide được nhận dạng. Chúng

được mã hóa bởi 41 loại gene khác nhau, tạo thành 27 loại collagen. Họ collagen được

phân loại thành những phân họ khác nhau dựa vào sự tổ hợp của các siêu phân tử [4].

Hình 1.8 Một vài dạng sinh học của collagen.

a b


SVTH: Nhóm 10 12

Hiện tại, có ít nhất khoảng 13 loại collagen đã được trích chiết. Chúng khác nhau về

chiều dài của chuỗi xoắn ốc cũng như bản chất và kích cỡ của những phần không xoắn

ốc.

Bảng 2.2 Kết cấu chuỗi và sự phân bố của các loại collagen trong cơ thể người.

Loại collagen Kết cấu chuỗi Phân bố

I (1(I))22(I), trimer

(1(I))3

Da, gân, xương, giác mạc, men răng,

sụn, mạch máu

II (1(II))3

III (1(III))3 Mạch máu, van tim, hạ bì, ruột, nướu

răng, thành tử cung

IV (1(IV))22(IV) Màng nhầy

V

1(V) 2(V) 3(V) hoặc

(1(V))22(V) hoặc

(1(V))3

Giác mạc, xương, mạch máu, sụn,

nướu răng

VI 1(VI) 2(VI) 3(VI) Da, cơ tim

VII (1(VII))3 Da, phổi, sụn, giác mạc, nhau

VIII Chưa biết Tạo ra từ tế bào màng trong

IX 1(IX) 2(IX) 3(IX) Sụn

X (1(X))3 Sụn

XI 1(XI) 2(XI) 3(XI) Sụn, đĩa đệm cột sống, dịch thủy tinh

XII (1(XII))3 Gân, dây chằng

XIII Chưa biết Da, xương

Hơn 90% collagen trong cơ thể là các collagen loại I, II, III và IV. Những bệnh

tật liên quan đến collagen là do sự khuyết tật về gene ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp,

sự sắp xếp cũng như các quá trình khác trong sự sản sinh collagen một cách bình

thường.


SVTH: Nhóm 10 13

2.4. Thành phần các acid amin có trong collagen:

Mỗi loại collagen gồm có hàng nghìn cấu trúc amino acid, chủ yếu gồm có glycine,

proline, hydroxyproline. Collagen không chứa tryptophan, và là một trong số ít các

protein chứa hydroxylysine. Các amino acid sắp xếp trong chuỗi xoắn ốc theo các dãy

với sự phân bố như sau:

Bảng2.3: Sự phân bố các amino acid trong chuỗi polypeptide.

2.5. Tính chất của collagen:

2.5.1. Tác dụng với nước:

Collagen không hòa tan trong nước mà nó hút nước để nở ra, cứ 100g Collagen khô có

thể hút được khoảng 200g nước. Collagen kết hợp với nước nở ra trong nước, độ dày

tăng lên chừng 25% nhưng độ dài tăng lên không đáng kể, tổng thể tích của phân tử

collagen tăng lên 2 – 3 lần.

2.5.2. Tác dụng với acid, kiềm:

Collagen có thể tác dụng với acid và kiềm, do trên mạch của collagen có gốc carboxyl

và amin. Hai gốc này quyết định hai tính chất của nó. Trong điều kiện có acid tồn tại,

ion của nó tác dụng với gốc amin, điện tích trên carboxyl bị ức chế (hình thành acid

yếu có độ ion hóa thấp). Trái lại gốc amin bị ion hóa tạo NH3+.


SVTH: Nhóm 10 14

Ngoài ra acid và kiềm còn gây ra 1 số biến đổi là :

- Cắt đứt mạch muối (liên kết giữa –NH3+ và COO-) làm đứt mạch peptide trong

mạch chính.

- Làm đứt liên kết hydrogen giữa gốc –CO, NH- của mạch xung quanh nó.

- Làm acid amin bị phân hủy giải phóng ra ammoniac.

Collagen phân giải biến thành gelatin, căn cứ vào giả thuyết của Hofmeister phản ứng

sẽ tiến hành như sau:

Nếu xử lý trong điều kiện nhiệt độ cao và có nước thì keo dễ tiếp tục biến đổi thành

Do đó nếu muốn sản xuất gelatin thì ta phải khống chế nhiệt độ thích hợp cho chất

lượng của gelatin được đảm bảo


SVTH: Nhóm 10 15

2.5.3. Các tính chất khác của collagen:

- Khả năng tạo nhũ tương:

Là một protein không tan, collagen có thể có ít dấu hiệu cho thấy là một chất nhũ

hóa. Tuy nhiên, thực ra collagen có nguồn gốc từ da sống được xử lý và biến tính ở

mức độ khác nhau có thể là một chất nhũ hóa tốt hơn sữa gầy.

- Khả năng hòa tan:

Collagen tan trong glycerin, acid acetic, ure nhưng không tan trong nước lạnh.

Collagen cũng đã được phân chia thành bốn lớp trên cơ sở tính hòa tan trong các dung

dịch đệm khác nhau: tan trong muối trung tính, tan trong acid, tan trong kiềm, và

không tan trong kiềm.

- Sự biến tính:

Dưới tác dụng của các chất hóa học như acid, base, muối, các dung môi alcohol,

và các tác nhân vật lý như khuấy trộn cơ học, nghiền, tia cực tím... các cấu trúc bậc

hai, ba và bậc bốn của protein bị biến đổi làm cho các liên kết hydro, các cầu nối

disunfit, các liên kết ion bị phá vở nhưng không phá vỡ liên kết peptide, tức là cấu

trúc bậc một vẫn giữ nguyên, protein sẽ thay đổi tính chất so với ban đầu. Đó là hiện

tượng biến tính protein. Sau khi bị biến tính, protein thường có các tính chất sau:

Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kị nước vốn ở bên trong phân tử protein.

Hoạt tính sinh học ban đầu mất đi.

Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzyme protease do làm xuất hiện các

liên kết peptide ứng với trung tâm hoạt động của protease.

Tăng độ nhớt nội tại.

Mất khả năng kết tinh.

- Tính kị nước:

Do các gốc kị nước của các acid amin trong chuỗi polypeptide của protein hướng

ra ngoài, các gốc này liên kết với nhau tạo liên kết kị nước. Độ kị nước có thể giải

thích là do các acid amin có chứa các gốc R- không phân cực nên nó không có khả

năng tác dụng với nước. Tính kị nước sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến tính tan của protein.

- Tính chất của dung dịch keo:

Khi hòa tan protein thành dung dịch keo thì nó không đi qua màng bán thấm. Hai

yếu tố đảm bảo độ bền của dung dịch keo là:

Sự tích điện cùng dấu của các protein.

Lớp vỏ hydrat bao quanh phân tử protein.

Khi dung dịch keo không bền, chúng sẽ kết tủa, có hai dạng kết tủa: kết tủa

thuận nghịch và không thuận nghịch:


SVTH: Nhóm 10 16

Kết tủa không thuận nghịch: Sau khi chúng ta loại bỏ các yếu tố gây kết tủa thì

protein không trở về trạng thái dung dịch keo bền vững như trước nữa

Kết tủa thuận nghịch: Sau khi chúng ta loại bỏ các yếu tố gây kết tủa thì protein

vẫn có thể trở lại trạng thái dung dịch keo bền như ban đầu.

- Tính chất điện ly lưỡng tính:

Protein có tính chất lưỡng tính vì trong acid amin có chứa cả gốc acid (COO-) và

gốc base (NH2-). Cả acid amin và protein đều có tính chất lưỡng tính.

2.6. Các nguồn nguyên liệu có chứa collagen:

Collagen chứa trong hầu hết các bộ phận của cơ thể như mô, gân, xương, tủy,

da… của các loại động vật như cá nước ngọt, cá nước mặn, ếch, cá xấu, lợn, bò ,

trâu… tuy nhiên do ở nước ta lượng xuất khẩu cá tra, cá basa là rất lớn do đó lượng

phế phẩm là da cá là rất lớn, lúc trước nó chỉ dùng làm thức ăn chăn nuôi nên giá trị

của nó là không cao do đó trích ly collagen từ da cá tra là 1 hướng đi mới và đầy tiềm

năng

2.7. Gelatin:

Từ gelatin đã trở nên phổ biến từ những năm 1700, được bắt nguồn từ tiếng Latinh

gelatus, nghĩa là màng hay chất làm đông. Hiện nay có nhiều cách khác nhau để

định nghĩa gelatin.

Thành phần hóa học của gelatin:

Phân tử gelatin bao gồm:

- 85.90% protein

- 0.52% muối khoáng

- 8.13% nước

Thành phần protein trong gelatin có gần đầy đủ các loại acid amin, ngoại trừ

tryptophan và cystein chỉ đôi khi tìm thấy dạng vết. Tỉ lệ giữa các acid amin có thể

khác nhau, phụ thuộc vào nguyên liệu và phƣơng pháp sản xuất. Các acid amin liên

kết với nhau theo liên kết peptide tạo thành phân tử gelatin.

Mặc dù có gần đủ các loại acid amin nhưng gelatin không phải là một hệ protein hoàn

chỉnh. Khi so sánh với hệ protein trứng hay sữa thì gelatin có một hệ protein không

hoàn chỉnh và chưa cân đối.

Gelatin có nguồn gốc từ thịt, cá, thực vật.

Khi dùng gelatin trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, tính chất công nghệ là của

gelatin là yếu tố được quan tâm hàng đầu. Các tính chất này ảnh hưởng tới chất lượng

sản phẩm, khả năng ứng dụng của gelatin vào các loại sản phẩm khác nhau. Vì vậy

cần phải nghiên cứu đầy đủ, sâu sắc các tính chất công nghệ của gelatin nhằm nâng

cao khả năng ứng dụng của gelatin.


SVTH: Nhóm 10 17

Tính chất vật lí:

Gelatin là chất rắn dạng miếng, vảy, bột hoặc hạt, không mùi, không vị, trong

suốt, có màu từ vàng nhạt đến màu trắng. Ở nhiệt độ và độ ẩm bình thường, gelatin

chứa từ 912% ẩm và có tỉ trọng riêng từ 1.3 - 1.4. Các hạt gelatin rắn khi ngâm trong

nước sẽ hút nước và trương nở.

Gelatin được điều chế ở điều kiện nhiệt độ cao, các nhóm amide bị thuỷ phân và

cấu trúc chuỗi xoắn ốc collagen bị phá huỷ. Cấu trúc của gelatin không có trật tự và

khối lượng phân tử phân bố trong một khoảng rộng là cho sự tái tạo sợi không thể xảy

ra. Thêm vào đó, sự tổ hợp của các đơn phân collagen trong quá trình tạo sợi liên quan

đến sự tương tác tĩnh điện, kỵ nước qua lại giữa các chuỗi collagen. Quá trình điều

chế collagen dựa vào sự gia tăng của các điện tích âm, điều này góp phần làm cho sự

tương tác giữa các phân tử khó khăn do lực đẩy giữa các điện tích âm. Do đó, gelatin

không có khả năng hình thành sợi.

Ứng dụng:

Với những đặc tính của gelatin như đã trình bày thì so với nhiều loại phụ gia khác có

tính chất tương tự thì gelatin có nhiều ưu điểm hơn.

Gelatin được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Quan trọng nhất là trong

công nghệ thực phẩm, rồi đến ngành dược phẩm. Ngoài ra còn phải kể đến các ngành

như điện ảnh, mỹ phẩm, sơn, chất dán,….

Trong phạm vi ngành công nghệ thực phẩm:

Gelatin được sử dụng rộng rãi vì tính chất vật lí của nó hơn là giá trị dinh dưỡng của

một protein.

Trong chế biến kẹo:

- Gelatin, agar, pectin: kết cấu dòn, dễ vỡ.

- Gelatin, tinh bột biến tính: kết cấu kém đàn hồi.

- Gelatin, gum Arabic: kết cấu cứng, chắc.

- Gelatin được sử dụng như một phụ gia tạo cấu trúc trong công nghiệp sữa và

các sản phẩm từ sữa.

Các sản phẩm thịt giữ một vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm ở nhiều

quốc gia. Gelatin thu được từ nguyên liệu động vật và có thể xem như một thành phần

tự nhiên của protein thịt trong các sản phẩm từ thịt…


SVTH: Nhóm 10 18

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT COLLAGEN.

3.1 . Quy trình:

Quy trình sản xuất collagen từ cá basa.

Da cá Basa

Rửa

Xử lý

Xay nhỏ

Trích ly

Lọc

Ly tâm

Kết tinh

Collagen

Bã

Cặn Acetic

0.5%

Nacl


SVTH: Nhóm 10 19

3.2 . Thuyết minh quy trình:

Quy trình trên được thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm.

Nguyên liệu:

- Xuất xứ: da cá Basa được mua từ Công ty TNHH Thuỷ Sản Bình An (Binh An

Seafood Joint Stock Company), Lô 2.17, Khu Công Nghiệp Trà Nóc II, TP.

Cần Thơ.

- Da cá được tách ra bằng phương pháp cơ học ở nhà máy. Sau khi mua về, ta

rửa sạch bằng nước, loại bỏ sơ bộ các phần mỡ còn sót lại trên da và tồn trữ ở

khoảng -200C cho đến khi sử dụng.

Rửa:

Da cá được đem đi rửa sạch bằng nước thường.

Mục đích: loại bỏ tạp chất, đất, cát còn lẫn trong da, ảnh hưởng đến sản phẩm

trong quá trình chế biến.

Xử lý:

- Để thu được collagen không có mùi, da cá nguyên liệu cần phải được loại

loại bỏ các chất béo. Ta áp dụng phương pháp của Gudmundsson và

Hafsteinsson (1997), phương pháp được trình bày như sau:

- Da cá Basa sau khi được rửa sơ bộ với nước sẽ được tiếp tục xử lý với lần

lượt 3 loại dung dịch (NaOH 0,2%, H2SO4 0,2% và Citric Acid 0,7%) với tỉ

lệ da : dung dịch là 1:10 (g/ml) nhằm mục đích thu được collagen không

mùi. Với mỗi loại dung dịch, da cá được xử lý qua 3 lần, mỗi lần tương ứng

với thời gian là 1h. Sau mỗi lần xử lý, da phải được rửa sạch dưới vòi nước

đến khi đạt pH = 7 trước khi tiến hành ngâm lần tiếp theo. 0,5% chất hoạt

động bề mặt (LasNa) được thêm vào tất cả các dung dịch sử dụng trong quy

trình nhằm nâng cao khả năng loại mùi.

- Tuy nhiên, theo lý thuyết quy trình này có thể làm mất đi một lượng

collagen. Ta tiến hành thêm một quy trình dựa trên nguyên tắc của quy trình

trên nhưng không sử dụng acid để rửa. 2 mẫu da của 2 quy trình xử lý (có

dùng acid và không dùng acid) sẽ được đối chứng với nhau.

Mục đích: da cá phải được tách béo thuận lợi cho quá trình sau.

Xay nhỏ:

Sau khi xử lý da cá được đem đi xay nhuyễn bằng máy xay.

Mục đích: Xé nhỏ, làm nhuyễn da cá tạo điều kiện cho quá trình trích ly được

triệt để.


SVTH: Nhóm 10 20

Trích ly:

Quá trình trích ly collagen được thực hiện ở nhiệt độ 4 0C trong 24, 48 và 72 h

với dung dịch có nồng độ 0,5 M của các acid citric và acetic. Với mỗi loại acid,

collagen được trích theo phương pháp toàn phần (A) và từng phần (B).

- Phương pháp toàn phần (A): da cá được trích trong dung dịch acid một lần duy

nhất ứng với các mốc thời gian 24, 48 và 72 h.

- Phương pháp từng phần (B): da cá được tiến hành trích qua nhiều lần, mỗi lần

24 h, sau đó lượng collagen thu được ở các lần trích được gộp lại để tính hiệu

suất.

Mục đích: trích chiết hết thành phần cần thiết để tạo sản phẩm, tạo điều kiện

cho quá trình lọc.

Lọc: Sau khi trích ly thu được dịch lọc.

Mục đích: làm sạch dịch sau khi trích ly, tạo điều kiện cho quá trình ly tâm.

Ly tâm: dịch lọc được đem đi ly tâm để tách dịch lọc.

Mục đích: tách lấy phần chất rắn cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình

kết tinh.

Kết tinh:

Collagen kết tinh (collagen hòa tan trong acid) được tách ra bằng phương pháp ly tâm

với vận tốc 5.000 vòng/phút trong 90 phút, sử dụng máy ly tâm Hermle Z 200A. Để

thu được collagen tinh khiết hơn, phần collagen kết tinh được hòa tan lại trong acetic

acid 0,5 M và kết tinh lại theo các bước miêu tả ở trên. Quá trình kết tinh lại được lặp

lại 2 lần.

Mục đích: hoàn thiện sản phẩm theo yêu cầu.

Collagen thành phẩm: đạt chất lượng theo yêu cầu.

Thiết bị:

Cân hai số

Máy xay Philips HR 1361

Máy đo độ ẩm Sartorius MA 35

Máy ly tâm Hermle Z 200A

Máy so màu CR - 300

Máy đo độ nhớt Brookfield HDBV – II

Máy quang phổ Varian Carry


SVTH: Nhóm 10 21

3.3 . Đánh giá chất lượng sản phẩm:

3.3.1. Nhận xét trên nguồn nguyên liệu:

Cá Basa là loài cá tăng trưởng nhanh, giàu dinh dưỡng và có giá trị xuất khẩu cao.

Ở nước ta, đặc biệt là vùng Đồng bằng sông Cửu Long, việc nuôi cá Basa rất phát

triển. Mặt hàng xuất khẩu chủ yếu là fillet cá, lượng xuất khẩu khoảng 30.000

35.000 tấn fillet/năm. Trong quá trình chế biến cá, da là nguồn phụ phẩm chiếm khối

lượng khoảng 0,5%. Như vậy, ta có khoảng 1.500 1.750 tấn da/năm. Nếu được tận

dụng làm nguồn nguyên liệu dùng trong việc sản xuất collagen thì giá trị kinh tế của

da cá Basa, vốn dĩ trước đây chỉ làm thức ăn gia súc hay phân bón, sẽ được nâng lên.

Về mặt cấu tạo, da cá Basa cũng có lớp biểu bì (epidermis) và lớp bì (dermis) như da

người nên collagen có nguồn gốc từ da cá được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh

vực của đời sống.

3.3.2. Nhiệt độ biến tính:

Nhiệt độ biến tính của collagen từ da cá Basa là khoảng 37,5 0C, cao hơn so với

collagen tu được từ những loài cá đã được nghiên cứu như cá tuyết (15 0C), cá thu

(26,1 0C), cá chép (32,5 0C), cá rô (36,5 0C). Nhiệt độ biến tính cao của collagen từ da

cá Basa là do cấu trúc da của nó có chứa nhiều thành phần imino acid (proline và

hydroxyproline).

Hàm lượng imino acid, đặc biệt là hydroxyproline, phụ thuộc vào nhiệt độ môi

trường sống của cá và nó có ảnh hưởng lên sự bền nhiệt của collagen. Collagen có

nguồn gốc từ các loài cá sống trong môi trường nước lạnh có thành phần

hydroxyproline thấp hơn so với những loài sống ở vùng nước ấm. Các imino acid,

proline và hydroxyproline, có trong các liên kết hydrogen giữa các chuỗi. Các liên kết

này góp phần làm ổn định cấu trúc chuỗi xoắn ốc của collagen.

Cá Basa là loài cá sống ở vùng nước ấm nên có chứa nhiều hydroxyproline nên

nhiệt độ biến tính cao.

3.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của collagen:

Độ tuổi của động vật:

Độ tuổi của cá ảnh hưởng đến các mô liên kết cũng như số lượng, chất lượng của

các protein cơ bản của nó. Số lượng liên kết trong collagen gia tăng theo độ tuổi.

Chế độ ăn uống:

Ở một số loài cá, lượng collagen và số lượng liên kết trong nó gia tăng cùng với

sự thiếu thốn thức ăn. Theo nghiên cứu, những con cá thiếu ăn sẽ sản sinh ra nhiều

collagen, đặc biệt là collagen có nhiều liên kết, hơn là những con được ăn uống đầy

đủ.


SVTH: Nhóm 10 22

Thành phần amino acid:

Khả năng bền nhiệt của collagen liên quan đến thành phần amino acid (proline và

hydroxyproline). Thành phần amino acid càng cao thì cấu trúc chuỗi xoắn ốc của

collagen càng ổn định.

Sự hình thành sợi của collagen:

Collagen có thể kết hợp lại tạo thành sợi dưới những điều kiện sinh lý học. Những

loại collagen khác nhau với những cấu trúc khác nhau của các chuỗi xoắn ốc ảnh

hưởng đến thời gian và mức độ tạo sợi. Những quy trình điều chế khác nhau của cùng

một loại collagen cũng cho những đáp ứng và điều kiện khác nhau trong quá trình tạo

sợi. Sự tái tạo sợi của collagen chịu ảnh hưởng của loại collagen, phương pháp trích ly

và điều kiện trong quá trình tạo sợi (chất đệm, nhiệt độ và nồng độ protein,…).

Sản phẩm phụ của quy trình sản xuất collagen từ da cá Basa:

Sản phẩm chính của quy trình là collagen hoà tan trong acid . Phần dư còn lại còn

chứa một lượng collagen và được xem như là collagen không hoà tan. Thay vì làm tan

rã và chuyển thành vật liệu hòa tan, collagen với nhiều liên kết ngang có thể được

phân tán thành những huyền phù sợi màu trắng sữa bằng những tác nhân biến tính nhẹ

hoặc làm vụn bằng phương pháp cơ học ở điều kiện pH acid. Sợi collagen bền hơn với

sự thủy phân so với những thành phần khác trong mô không phải là collagen, được

tách khỏi trong suốt quá trình thủy phân và rửa. Trong những bước xử lý được bổ

sung thêm vào, vật liệu collagen có thể được dùng cho những ứng dụng hóa học như

sự acetyl hóa, sự methyl hóa hoặc có thể dùng để gắn kết với các polymer khác.


SVTH: Nhóm 10 23

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA COLLAGEN.

4.1 . Trong công nghiệp thực phẩm:

Collagen được dùng để làm vỏ bao xúc xích, màng bọc kẹo, làm nguyên liệu sản

xuất một số loại thực phẩm dinh dưỡng, thực phẩm chức năng.

Hình 4.1: HANAMAI COLLAGEN: sản phẩm dạng bột, được trộn chung với đậu

hủ hay natto dùng trong bữa ăn của các phụ nữ Nhật.

- Trong các sản phẩm phomat, người ta thêm vào một hàm lượng collagen

hydrolysate nhằm ngăn chặn sự mất nước. Ngoài ra, trong sản phẩm bơ sữa,

collagen đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ mịn, độ sánh cho sản phẩm,

cũng như thay thế hàm lượng chất béo trong các loại thực phẩm này.

- Trong sản phẩm kẹo deo, sự có mặt của collagen hydrolysate cung cấp cho sản

phẩm độ deo, dai và mềm do chúng ngăn chặn sự kết tinh của đường. Các sản

phẩm như vỏ kẹo có chứa 0,5 ÷ 1% hàm lượng collagen hydrolysate với vai trò

làm giảm sự tan chảy.

- Trong công nghiệp sản xuất kẹo mứt, collagen hydrolysate được sử dụng làm

chất tạo gel, chất kết dính, tạo xốp, làm chậm quá trình tan kẹo trong miệng.

- Trong các sản phẩm như thịt hộp, thịt nguội… Collagen hydrolysate chiếm từ 1

÷ 5% giúp giữ hương vị tự nhiên của sản phẩm, đồng thời cũng là một chất kết

dính giúp cho việc tạo hình sản phẩm dễ dàng hơn.

- Trong công nghiệp sản xuất rượu bia và nước hoa quả, collagen hydrolysate sử

dụng làm chất làm trong với tỉ lệ 0,002 ÷ 0,15%. Nhờ vậy, sản phẩm khi làm ra

có màu sắc trong suốt và óng ánh.

- Collagen có khả năng hấp thụ nước gấp 5 ÷ 10 lần thể tích của nó nên được sử

dụng trong công nghiệp sản xuất đồ hộp để tránh hiện tượng rỉ nước.

4.2 . Trong mỹ phẩm:

Collagen tạo ra một hệ thống nâng đỡ, hỗ trợ các đặc tính cơ học của da như sức

căng, độ đàn hồi, duy trì độ ẩm, làm cho da được mịn màng, tươi tắn và tre trung.

Collagen giúp duy trì độ ẩm tối ưu cho tế bào. Ngoài ra, collagen còn đảm bảo sắc tố

da, làm sáng màu da. Sự suy giảm về chất lượng, số lượng collagen sẽ dẫn đến da trở

nên khô, mất độ căng, đàn hồi và thúc đẩy quá trình lão hóa của cơ thể. Collagen đóng


SVTH: Nhóm 10 24

vai trò quan trọng giúp cải thiện cấu trúc da, kích thích quá trình tái tạo của làn da,

phục hồi tế bào da bị tổn thương.

Chính vì vậy mà collagen được dùng làm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm như:

kem dưỡng da cao cấp, dầu gội, các sản phẩm dưỡng tóc cũng như các loại sữa tắm…

Collagen hydrolysate là thành phần trong các sản phẩm mặt nạ dưỡng da chúng kết

hợp với các tinh chất trong mật ong, dầu oliu , tinh dầu hoa hồng… có tác dụng dưỡng

ẩm cho da, tái tạo làn da mệt mỏi, bảo vệ da khỏi các tác nhân tia tử ngoại, khói bụi,

hóa chất… Vì thế da được tre hóa, tươi tắn.

Dưới tác dụng của các tác nhân tia tử ngoại, thuốc nhuộm tóc, thuốc duỗi tóc… tóc dễ

bị tổn thương, che ngọn, mất đi ve bóng mượt. Trong các sản phẩm chăm sóc tóc

thường có bổ sung một lượng collagen hydrolysate có tác dụng bảo vệ cho tóc, phục

hồi hư tổn.

Hình 4.2: Tóc bị hư tổn và phục hồi sau khi sử dụng sản phẩm chăm sóc tóc có

chứa collagen hydrolysate.

Collagen còn được dùng điều trị phục hồi: thường được sử dụng trong trường hợp da

bị tổn thương hay trong giai đoạn tái tạo sau khi điều trị nám, mụn trứng cá, sẹo, rạn

da và tiêu da thừa sau khi giảm béo.

4.3 . Trong y học và dược phẩm:

Collagen là một vật liệu có khả năng phân hủy sinh học, có tính tương thích sinh

học cũng như khả năng cầm máu nên có thể được chế tạo thành những dạng khác


SVTH: Nhóm 10 25

nhau, là một loại vật liệu sinh học lý tưởng cho việc sản xuất các sản phẩm y học.

Màng collagen được sử dụng cho hàng loạt những ứng dụng như làm chất bịt kín sinh

học và cải thiện tính đáp ứng sinh học đối với những mô cấy. Collagen được sử dụng

như một hệ thống phân hủy sinh học cho ra các loại thuốc bao gồm thuốc tránh thai,

kháng sinh, insulin, hormone tăng trưởng… Collagen được sử dụng rộng rãi trong

phẫu thuật thẩm mỹ, chữa lành vết thương cho các bệnh nhân bị phỏng, tái tạo xương

và nhiều mục đích khác thuộc nha khoa, phẫu thuật, chỉnh hình. Collagen còn được

dùng trong việc xây dựng cấu trúc da nhân tạo để chữa trị cho các vết bỏng nghiêm

trọng.

(a) (b) (c)

Hình4.3: Collagen áp dụng trong việc điều trị vết bỏng ((a): vết bỏng mới trước khi

sử dụng collagen, (b): sau 3 ngày sử dụng, (c): sau 10 ngày sử dụng)

- Collagen còn là phần nền giúp tích tụ calcium trong xương.

- Collagen là một polyme tự nhiên, nó được dùng trong phẫu thuật tạo hình như

bơm môi, căng da mặt…

- Collagen dạng sợi được dùng trong việc làm lành các vết thương, vết rạch

trong phẫu thuật.

- Collagen dạng màng và lớp mỏng được sử dụng để giữ cố định các vật chất

sinh học chẳng hạn như nhân tố XI 11 trong máu, dùng trong sự tái tạo các mô,

nối kết lại võng mạc, làm màng thẩm tích máu, làm vật thay thế lớp màng cứng

của não. Nó còn được dùng cho việc tái tạo dây thần kinh, khôi phục màng nhĩ,

sụn và xương, kiểm soát sự chảy máu cục bộ, khôi phục tổn thương của gan, là

lớp màng chắn bảo vệ não, có tác dụng phục hồi các vết thương.

- Dung dịch và huyền phù collagen được sử dụng dưới dạng có thể tiêm được

làm thông sự tắc nghẽn động mạch, chữa gãy xương, tái tạo tủy sống, trị đái

dầm, phục hồi chức năng trượt của gân.

- Sự phát triển của tế bào với sự hỗ trợ của collagen trong việc nuôi cấy tế bào

vừa được nghiên cứu gần đây.

- Collagen còn được sử dụng trong sản xuất bao con nhộng cứng và mềm. Nó có

tác dụng bảo vệ thuốc chống những tác nhân có hại như ánh sáng và oxi.

- Viên thuốc với vỏ bao collagen đảm bảo cho bệnh nhân có thể nuốt viên thuốc

một cách dễ dàng.


SVTH: Nhóm 10 26

- Collagen còn được sử dụng để làm ra các gạc vô trùng sử dụng trong giải

phẩu…

- Trong phẫu thuật nội soi, collagen hydrolysate được ứng dụng để bôi vào các

ống nội soi, có tác dụng bôi trơn.

- Trong nha khoa, collagen được chế tạo thành các mảnh bọt biển (sponges),

chúng là một tác nhân cầm máu.

Hình 4.4: Collagen hydrolysate trong các mảnh bọt biển sử dụng trong nha khoa.


SVTH: Nhóm 10 27

KẾT LUẬN.

Collagen là một loại protein cấu trúc chính của cơ thể, có rất nhiều chức năng

trong cơ thể con người. Nó có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong những ngành quan

trọng như y học, công nghiệp và trong mỹ phẩm. Trong những năm gần đây, đã có

nhiều nghiên cứu trong việc tìm ra các nguồn thay thế nhằm đáp ứng nhu cầu collagen

của thị trường. Những phụ phẩm từ cá đã được chứng minh là nguồn thay thế lý tưởng

nhất cho việc cung cấp collagen.

Cá Basa là loài cá phổ biến ở Việt Nam, có giá trị kinh tế cao với sản lượng nuôi

và xuất khẩu lớn. Da là một nguồn phế phẩm của ngành công nghiệp chế biến thủy,

hải sản với một khối lượng khổng lồ. Việc tận dụng nguồn phế phẩm này để điều chế

collagen góp phần đem lại hiệu quả kinh tế.

Trong quá trình khảo sát, những người nghiên cứu có thể rút ra điều kiện tối ưu

cho quá trình trích chiết như sau: acetic acid là loại acid tốt nhất cho quá trình trích ly

collagen từ da cá Basa. Các mức giá trị cho kết quả khả quan nhất của các thông số

như nồng độ acid, tỉ lệ da : dung dịch, nhiệt độ, thời gian lần lượt là 0,5 M, 1 : 6 g/ml,

4 0C và 72 h. Phương pháp trích ly từng phần cho hiệu suất cao hơn.


SVTH: Nhóm 10 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

- http://doc.edu.vn/search/?q=gelatin

- http://www.congdongcollagen.com/gioi-thieu-ve-collagen-collagen-la-gi.html/

- http://www.kilobooks.com.

- http://suckhoedinhduong.nld.com.vn/20120104073627571p1242c1245/collage

n-khong-the-cu-thieu-la-bu.htm.

- http://vietbao.vn/The-gioi-giai-tri/Bo-sung-collagen-cho-co-the/50786255/403/.

- http://collagenvn.net/collagen-la-gi/.

- http://www.tinhhoayhoc.com/p/collagen-la-gi-.htm#.UcXCahGkfoY.

http://www.congdongcollagen.com/gioi-thieu-ve-collagen-collagen-la-gi.html/

http://www.kilobooks.com/

http://suckhoedinhduong.nld.com.vn/20120104073627571p1242c1245/collagen-khong-the-cu-thieu-la-bu.htm

http://suckhoedinhduong.nld.com.vn/20120104073627571p1242c1245/collagen-khong-the-cu-thieu-la-bu.htm

http://vietbao.vn/The-gioi-giai-tri/Bo-sung-collagen-cho-co-the/50786255/403/

http://collagenvn.net/collagen-la-gi/

http://www.tinhhoayhoc.com/p/collagen-la-gi-.htm#.UcXCahGkfoY

Science

Tieu luan collagen