Nghiên Cứu Xử Lý Kháng Khuẩn và Kháng Nấm cho Da Lợn Bằng Nano Bạc

Chuyên khảo Xử lý kháng khuẩn và kháng nấm cho da lợn bằng nano bạc phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực hiện nay

• Người hướng dẫn: PGS. Chưa Được Đề Cập
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Dệt, May
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Kháng Khuẩn và Kháng Nấm cho Da Lợn Bằng Nano Bạc
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về da thuộc và xử lý kháng khuẩn, kháng nấm vật liệu da
• 1.2. Tổng quan về da thuộc
• 1.3. Tổng quan về xử lý kháng khuẩn, kháng nấm vật liệu da
• 1.4. Tổng quan về nano bạc
• 1.5. Phương pháp tổng hợp nano bạc
• 1.6. Các phương pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của nano bạc
• 1.6.1. Phương pháp bán định lượng. Phương pháp định lượng
• 1.6.2. Các phương pháp và kỹ thuật đánh giá khả năng kháng khuẩn và kháng nấm của vật liệu da thuộc
• 1.6.2.1. Phương pháp định lượng
• 1.6.2.2. Phương pháp đánh giá bán định lượng
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Vật liệu, hóa chất sử dụng
• 2.3. Các chủng vi khuẩn sử dụng
• 2.4. Dụng cụ và thiết bị
• 2.5. Nội dung nghiên cứu
• 2.5.1. Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh từ lá dâu tằm, lá trầu không
• 2.5.2. Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc làm lớp lót sản phẩm da bằng nano bạc
• 2.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6.1. Nghiên cứu lý thuyết
• 2.6.2. Phương pháp phân tích đặc tính vật liệu
• 2.6.3. Phương pháp xác định tính chất của vật liệu
• 2.6.4. Phương pháp đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của nano bạc
• 2.6.5. Phương pháp đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của da lợn thuộc
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm, lá trầu không
• 3.1.1. Kết quả tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm
• 3.1.2. Kết quả tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ lá trầu không
• 3.1.3. Đề xuất cơ chế tổng hợp hạt nano bạc từ dịch chiết thực vật. So sánh các phương án tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết lá dâu tằm, lá trầu không
• 3.2. Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của hai loại nano bạc
• 3.2.1. Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của hai loại nano bạc
• 3.2.2. Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của nano bạc AgNPPBL với các nồng độ khác nhau
• 3.3. Kết quả xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc bằng nano bạc
• 3.3.1. Kết quả đánh giá khả năng kháng khuẩn của da lợn thuộc
• 3.3.2. Kết quả đánh giá cấu trúc, hình thái bề mặt da lợn thuộc
• 3.3.3. Kết quả đánh giá sự thay đổi màu sắc và tính chất cơ lý của da
• 3.3.4. So sánh, đánh giá các phương pháp công nghệ xử lý da lợn thuộc bằng nano bạc
• 3.4. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA LUẬN ÁN
• HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Xử Lý Kháng Khuẩn Da Lợn

Da thuộc, đặc biệt là da lợn, được sử dụng rộng rãi làm lớp lót sản phẩm da nhờ sự mềm mại, thông thoáng và giá thành hợp lý. Tuy nhiên, khả năng hút ẩm cao tạo điều kiện cho vi khuẩn và nấm mốc phát triển, gây mùi khó chịu, bạc màu, và thậm chí ảnh hưởng đến sức khỏe người dùng. Điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam càng thúc đẩy sự phát triển này. Do đó, nghiên cứu các phương pháp xử lý kháng khuẩn, kháng nấm hiệu quả cho da lợn thuộc là vô cùng cần thiết. Mục tiêu là tạo ra sản phẩm da thuộc an toàn, bền bỉ, và đáp ứng các yêu cầu về vệ sinh và an toàn sinh thái. Việc tìm kiếm các tác nhân kháng khuẩn có hoạt tính cao, phổ rộng, tương thích với da thuộc, ổn định, thân thiện môi trường và không độc hại là một thách thức lớn. Các sản phẩm da giầy, đặc biệt là lớp lót của sản phẩm, thường tiếp xúc trực tiếp với cơ thể người. Do vậy, vật liệu để làm sản phẩm da giầy ngoài việc cần đáp ứng các yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý còn phải đáp ứng các yêu cầu về vệ sinh và an toàn sinh thái.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Xử Lý Kháng Khuẩn Da Thuộc

Việc xử lý kháng khuẩn cho da thuộc là vô cùng quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm và sức khỏe người tiêu dùng. Môi trường ẩm ướt tạo điều kiện cho vi khuẩn và nấm mốc sinh sôi, gây ra các vấn đề như mùi hôi, giảm độ bền và nguy cơ dị ứng. Xử lý kháng khuẩn giúp kéo dài tuổi thọ sản phẩm, tăng tính thẩm mỹ và đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Như đã đề cập trong tài liệu, 'khả năng kháng khuẩn và nấm mốc của các sản phẩm da giầy đang là vấn đề được các nhà khoa học, người tiêu dùng và các doanh nghiệp quan tâm'.

1.2. Thách Thức Trong Xử Lý Kháng Khuẩn Da Lợn Thuộc

Việc lựa chọn phương pháp xử lý kháng khuẩn phù hợp cho da lợn thuộc đặt ra nhiều thách thức. Các chất kháng khuẩn cần có hoạt tính cao, phổ rộng, tương thích với da, ổn định và an toàn cho người sử dụng và môi trường. Đồng thời, quá trình xử lý không được làm ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý và màu sắc của da. Tìm kiếm các giải pháp vừa hiệu quả, vừa thân thiện với môi trường là một bài toán khó. Theo nghiên cứu, 'các tác nhân để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da thuộc làm sản phẩm da giầy phải có hoạt tính cao và phổ kháng khuẩn, kháng nấm rộng, tương thích với da thuộc và các hóa chất xử lý, ổn định trên da thuộc, không làm phai màu và suy giảm các tính chất cơ lý của da thuộc, thân thiện với môi trường, không độc hại đối với con người'.

II. Nano Bạc Giải Pháp Tiềm Năng Cho Kháng Khuẩn Da Lợn

Nano bạc nổi lên như một giải pháp tiềm năng trong việc xử lý kháng khuẩn cho nhiều vật liệu, bao gồm cả da thuộc. Với đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm vượt trội, nano bạc có khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật trên bề mặt da. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng nano bạc tổng hợp từ dịch chiết thực vật để xử lý da lợn thuộc, hướng đến một quy trình thân thiện với môi trường và an toàn cho người sử dụng. Việc ứng dụng nano bạc có thể giúp đáp ứng các yêu cầu về vệ sinh và an toàn sinh thái cho sản phẩm da giầy. Nano bạc đã và đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có xử lý kháng khuẩn cho da thuộc [7]. Có nhiều phương pháp tổng hợp nano bạc khác nhau được nghiên cứu như phương pháp “top-down” bao gồm nổ điện, tia năng lượng cao, bào mòn bằng laze, nghiền cơ học.; hoặc phương pháp “bottom-up” bao gồm ngưng tụ nguyên tử, lắng đọng hơi hóa học.

2.1. Ưu Điểm Của Nano Bạc Trong Kháng Khuẩn Vật Liệu

Nano bạc sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội khi được ứng dụng làm chất kháng khuẩn. Kích thước siêu nhỏ giúp tăng diện tích tiếp xúc với vi sinh vật, nâng cao hiệu quả kháng khuẩn. Cơ chế tác động đa dạng giúp nano bạc chống lại nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc. Ngoài ra, nano bạc thường có độ bền cao và ít gây kích ứng da so với một số chất kháng khuẩn khác. Theo tài liệu, 'nano bạc đã và đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có xử lý kháng khuẩn cho da thuộc'.

2.2. Tổng Hợp Nano Bạc Bằng Dịch Chiết Thực Vật Phương Pháp Xanh

Phương pháp tổng hợp nano bạc bằng dịch chiết thực vật là một hướng đi đầy tiềm năng. Sử dụng các hợp chất tự nhiên có trong thực vật để khử ion bạc, tạo thành các hạt nano bạc ổn định. Phương pháp này giúp giảm thiểu sử dụng hóa chất độc hại, thân thiện với môi trường và có thể tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương. Nghiên cứu này tập trung vào dịch chiết từ lá dâu tằm và lá trầu không, hai loại cây phổ biến ở Việt Nam. Có nhiều phương pháp tổng hợp nano bạc khác nhau được nghiên cứu như phương pháp “top-down” bao gồm nổ điện, tia năng lượng cao, bào mòn bằng laze, nghiền cơ học.; hoặc phương pháp “bottom-up” bao gồm ngưng tụ nguyên tử, lắng đọng hơi hóa học.

2.3. Cơ Chế Kháng Khuẩn Của Nano Bạc

Nano bạc có nhiều cơ chế để tiêu diệt vi khuẩn. Chúng có thể phá vỡ màng tế bào vi khuẩn, gây rò rỉ các chất bên trong tế bào. Ngoài ra, nano bạc có thể can thiệp vào quá trình hô hấp và sinh sản của vi khuẩn. Các ion bạc giải phóng ra cũng có khả năng ức chế hoạt động của enzyme và protein quan trọng của vi khuẩn. Nhờ các cơ chế này, nano bạc có thể tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn khác nhau. Việc hiểu rõ cơ chế này giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng nano bạc.

III. Quy Trình Nghiên Cứu Xử Lý Kháng Khuẩn Da Lợn Bằng AgNPs

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp nano bạc (AgNPs) từ dịch chiết lá dâu tằm và lá trầu không, sau đó ứng dụng AgNPs để xử lý da lợn thuộc. Quy trình nghiên cứu bao gồm các bước: (1) Chiết xuất chất khử từ lá dâu tằm và lá trầu không; (2) Tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh; (3) Xác định đặc tính của AgNPs (kích thước, hình dạng, phổ UV-Vis); (4) Xử lý da lợn thuộc bằng AgNPs; (5) Đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của da lợn thuộc sau xử lý; (6) Đánh giá ảnh hưởng của AgNPs đến tính chất cơ lý và màu sắc của da lợn thuộc.

3.1. Chiết Xuất Và Tổng Hợp Nano Bạc Từ Lá Dâu Tằm Trầu Không

Quá trình chiết xuất chất khử từ lá dâu tằm và lá trầu không đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp nano bạc bằng phương pháp xanh. Các thông số chiết xuất (dung môi, nhiệt độ, thời gian) cần được tối ưu hóa để thu được lượng chất khử cao nhất. Sau đó, chất khử được sử dụng để khử ion bạc, tạo thành các hạt nano bạc. Quá trình tổng hợp cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo kích thước và hình dạng của nano bạc đồng đều.

3.2. Đánh Giá Khả Năng Kháng Khuẩn Kháng Nấm Của Da Sau Xử Lý

Sau khi da lợn thuộc được xử lý bằng nano bạc, khả năng kháng khuẩn và kháng nấm sẽ được đánh giá bằng các phương pháp định lượng và bán định lượng. Các phương pháp này giúp xác định hiệu quả của nano bạc trong việc ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc trên bề mặt da. Kết quả đánh giá sẽ cho thấy liệu nano bạc có thể bảo vệ da thuộc khỏi sự tấn công của vi sinh vật hay không. Các phương pháp đánh giá bán định lượng. Phương pháp định lượng . Các phương pháp và kỹ thuật đánh giá khả năng kháng khuẩn và kháng nấm của vật liệu da thuộc .

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Hiệu Quả Xử Lý Da Lợn Bằng Nano Bạc

Nghiên cứu thu được các kết quả khả quan về khả năng xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc bằng nano bạc tổng hợp từ dịch chiết lá dâu tằm và lá trầu không. Các kết quả cho thấy nano bạc có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc trên bề mặt da. Đồng thời, nano bạc không gây ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ lý và màu sắc của da lợn thuộc. Những kết quả này mở ra triển vọng ứng dụng nano bạc trong sản xuất các sản phẩm da giầy an toàn và bền bỉ.

4.1. Khả Năng Kháng Khuẩn Của Da Lợn Thuộc Sau Xử Lý AgNPs

Kết quả thử nghiệm cho thấy da lợn thuộc sau khi được xử lý bằng nano bạc có khả năng kháng khuẩn đáng kể đối với các chủng vi khuẩn phổ biến. Vùng ức chế vi khuẩn xung quanh mẫu da được mở rộng, cho thấy nano bạc có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn trên bề mặt da. Hiệu quả kháng khuẩn phụ thuộc vào nồng độ nano bạc và phương pháp xử lý.

4.2. Ảnh Hưởng Của Nano Bạc Đến Tính Chất Cơ Lý Của Da Thuộc

Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của nano bạc đến các tính chất cơ lý của da lợn thuộc, chẳng hạn như độ bền kéo, độ dãn dài và độ bền xé. Kết quả cho thấy nano bạc không gây ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất này, đảm bảo rằng da thuộc vẫn giữ được độ bền và độ dẻo dai cần thiết sau khi xử lý.

4.3. So Sánh Hiệu Quả Của Các Phương Pháp Xử Lý Da Lợn Bằng AgNPs

Nghiên cứu so sánh hiệu quả của các phương pháp xử lý da lợn thuộc bằng nano bạc, bao gồm ngấm ép, ngâm tẩm và phun phủ. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và hiệu quả kháng khuẩn cũng khác nhau. Việc so sánh này giúp lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp nhất để đạt được hiệu quả kháng khuẩn tối ưu.

V. Ứng Dụng Thực Tế Và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về AgNPs

Kết quả nghiên cứu này có thể được ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm da giầy có tính năng kháng khuẩn, kháng nấm. Da lợn thuộc được xử lý bằng nano bạc có thể được sử dụng làm lớp lót cho giầy dép, quần áo, túi xách, giúp ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc, bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp nano bạc, tìm kiếm các loại dịch chiết thực vật khác có khả năng kháng khuẩn cao, và đánh giá độ bền của nano bạc trên da thuộc trong thời gian dài.

5.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Nano Bạc Trong Ngành Da Giầy

Ứng dụng nano bạc trong ngành da giầy mở ra nhiều tiềm năng lớn. Các sản phẩm da giầy có tính năng kháng khuẩn, kháng nấm sẽ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về các sản phẩm an toàn và vệ sinh. Ngoài ra, việc sử dụng nano bạc có thể giúp kéo dài tuổi thọ sản phẩm và giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Mới Về Xử Lý Kháng Khuẩn Da Thuộc

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp xử lý da thuộc bằng nano bạc hiệu quả hơn, bền vững hơn và thân thiện với môi trường hơn. Nghiên cứu có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp nano bạc, tìm kiếm các vật liệu mang nano bạc mới, và đánh giá tác động của nano bạc đến sức khỏe người tiêu dùng.

VI. Kết Luận Nano Bạc Hứa Hẹn Tương Lai Cho Da Kháng Khuẩn

Nghiên cứu này khẳng định tiềm năng của nano bạc trong việc xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc. Việc sử dụng dịch chiết thực vật để tổng hợp nano bạc là một hướng đi bền vững và thân thiện với môi trường. Với những ưu điểm vượt trội, nano bạc hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm da giầy an toàn, bền bỉ và đáp ứng nhu cầu của thị trường.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Về Nano Bạc và Da Lợn

Nghiên cứu đã chứng minh rằng nano bạc tổng hợp từ dịch chiết lá dâu tằm và lá trầu không có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc trên da lợn thuộc. Quá trình xử lý không gây ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ lý và màu sắc của da. Kết quả này mở ra triển vọng ứng dụng nano bạc trong ngành công nghiệp da giầy.

6.2. Đánh Giá Triển Vọng Phát Triển Của Công Nghệ Nano Bạc

Công nghệ nano bạc có tiềm năng phát triển rất lớn trong nhiều lĩnh vực, bao gồm y tế, nông nghiệp và công nghiệp. Việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng nano bạc sẽ mang lại nhiều lợi ích cho xã hội, từ việc cải thiện sức khỏe con người đến việc bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1. Tổng quan về da thuộc và xử lý kháng khuẩn, kháng nấm vật liệu da 1. Tổng quan về da thuộc 1.

Cấu trúc da nguyên liệu Nguyên liệu để sản xuất da thuộc là các bộ da của động vật, trong đó da bê, da bò chiếm khoảng 70%, da cừu 13%, da dê 11%, da lợn 7%, da các loài động vật khác chiếm khoảng 1% [1]. Động vật càng non, độ dày của da càng mỏng và diện tích càng nhỏ, mặt da phẳng, mịn và có ít khuyết tật hơn so với da động vật già. Da của động vật cái có bề mặt mịn hơn (fine grain) so với da động vật đực, ở vùng bụng, nách và cổ có cấu trúc xơ lỏng hơn, do vậy da thành phẩm được làm từ da của động vật cái sẽ có độ bai giãn và độ mềm xốp cao hơn [5]. Bộ da động vật nói chung được cấu tạo từ các lớp như: Lớp biểu bì, lớp bì và lớp thịt dưới da (hình 1.1) và lớp lông phủ, các tuyến mồ hôi và tuyến mỡ.

Trong da phân bố các dây thần kinh và các đầu dây thần kinh, có các mạch máu và có thể có các cơ [2]. Mặt cắt da nguyên liệu [5]. Trong sản xuất da thuộc người ta chỉ sử dụng lớp bì, còn trong sản xuất da lông thì sử dụng cả lớp biểu bì và lớp lông [5]. Lớp biểu bì: Biểu bì là lớp bề mặt phân bố trực tiếp dưới lớp lông phủ và cấu tạo từ một số 2 dãy tế bào biểu mô (tế bào sừng).

Tuỳ thuộc vào mức độ phát triển của biểu bì, mà khi quan sát bằng kính hiển vi có thể thấy từ hai đến sáu lớp. 3 Biểu bì không có ranh giới rõ ràng với lớp bì. Ở 1 một số chỗ, đặc biệt là gần chân lông, biểu bì đi sâu vào lớp bì và đến lượt mình lớp bì lại ăn sâu vào biểu bì bởi các lớp nhú [3, 5]. Cấu tạo lớp biểu bì 1.

đầu dây thần kinh [5]. 5 Lớp bì: Là lớp chính của con da nằm ngay dưới lớp biểu bì. Độ dày của lớp này chiếm khoảng 85 – 88% độ dày của da. Lớp này rất dai và chắc.

Nó được tạo thành bởi sự đan xen phức tạp của các sợi collagen, và các protit không có cấu trúc xơ (chúng được bỏ đi khỏi lớp bì trong các công đoạn chuẩn bị thuộc). Lớp bì của hầu hết các loại da đều có cấu tạo chung và được phân chia khá rõ ràng thành hai lớp: Lớp nhú (papillary layer) và lớp lưới (reticular layer) [5, 10]. Các thành phần của Lớp nhú: Là lớp tiếp giáp với biểu bì, bề mặt của bì phu 1) sợi collagen; 2) sợi lớp này được tạo bởi các bó xơ mịn và được kết chặt đàn hồi 3) tế bào kết nối [5]. với nhau, tạo nên bề mặt da nhẵn phẳng và được gọi là lớp cật (grain).

Trong lớp này có chứa lượng lớn các túi chân lông, các tuyến mồ hôi, tuyến mỡ, các chùm sợi collagen mảnh [1, 5]. Lớp lưới: Được cấu tạo từ số lượng lớn các chùm sợi collagen đan bện với nhau và là lớp chặt chẽ và bền chắc nhất xác định độ bền của toàn bộ da và da lông thành phẩm. Độ dày của lớp lưới tăng đáng kể theo độ tuổi của động vật. Tỷ lệ độ dày các lớp của lớp bì dao động tuỳ thuộc vào loại động vật, các phần giải phẫu trên cơ thể động vật (vùng da), điều kiện nuôi dưỡng và thời gian giết mổ.

Da nguyên liệu từ các động vật khác nhau được đặc trưng bởi sự đan bện các chùm sợi collagen, có nghĩa là góc nghiêng và mật độ đan xen của chúng, đặc trưng này cũng thay đổi ở các vùng khác nhau của con da. Cấu tạo hóa học và tính chất của collagen • Thành phần hóa học của da nguyên liệu [1, 2, 3, 4, 5, 10]: Da gồm có 4 thành phần chính là: Nước, các chất khoáng, các chất béo và protein. Nước: Hàm lượng nước trong da khá lớn và phụ thuộc vào hàm lượng chất béo, tuổi, loài động vật và nhiều yếu tố khác. Khi hàm lượng chất béo trong da cao thì hàm lượng nước giảm.

Da động vật ít tuổi chứa nhiều nước hơn da động vật nhiều tuổi. Trong da bò lượng nước chiếm khoảng 60%. Trong da, nước tập trung chủ yếu ở lớp bì. Lớp biểu bì và bạc nhạc chứa ít hơn.

Nước trong da chia thành 2 loại: - Nước tự do: Nằm giữa các khoảng trống của các sợi collagen. Nước tự do chiếm 60% toàn bộ lượng nước có trong da. Phần nước này dễ dàng bị tách ra trong quá trình bảo quản và ép nước. - Nước tham gia liên kết: Chiếm 40% toàn bộ lượng nước chứa trong da.

Chúng liên kết chặt chẽ với sợi collagen tạo thành một hệ keo nên người ta còn gọi là “nước keo”. Ngoài ra nước còn liên kết bằng nhiều mối liên kết khác rất bền vững, muốn tách ra phải dùng phương pháp hóa học và sấy khô. Các khoáng chất: Các chất khoáng chiếm một lượng nhỏ, khoảng 0,5% khối lượng da. Chúng tồn tại dạng các muối vô cơ của các kim loại khác nhau như: Mn, Cu, Fe, Al, Si, Mg… Các khoáng chất này hầu như không ảnh hưởng gì đến quá trình thuộc da.

6 Các chất béo: Các chất béo trong da bao gồm các este, sáp, rượu bậc cao (10 - 35 chức). Hàm lượng chất béo có trong da liên quan chặt chẽ đến hàm lượng nước, phụ thuộc vào chế độ chăn nuôi, khí hậu… Các chất béo là những chất quan trọng trong da động vật. Thông thường các chất béo chứa trong lớp bì và lớp bạc nhạc. Protein: Bằng kính hiển vi điện tử, người ta đã quan sát thấy protein của da gồm 2 phần: Phần có cấu trúc xơ và phần không có cấu trúc xơ.

- Phần protein có cấu trúc xơ: Là thành phần cơ bản của da, trong đó gồm có collagen, reticular và elastin. - Phần protein không có cấu trúc xơ gồm albumin tan tốt trong nước và globumin không tan trong nước và tan trong kiềm. Phần protein này nằm giữa khoảng trống của collagen. Hàm lượng của protit trong da tươi là 30 - 32%, hàm lượng collagen trong da sau khi sấy khô là 80%.

Khi tăng nhiệt độ, xơ collagen co lại. Nếu bị đun nóng, xơ collagen trương nở rồi tan vào trong nước tạo hệ gelatin. • Cấu tạo hóa học của collagen: Collagen được hình thành từ các đơn vị thành phần là các axit amin. Tất cả các axit amin đều có chứa các nhóm cacboxyl và amino, chúng chỉ khác nhau về cấu trúc của mạch nhánh (R).

Cấu trúc tổng quát của axit amin được mô tả trong hình 1. Với axit amin đơn giản nhất (glyxin) thì R là nguyên tử hydro hình 1. Với các axit amin khác thì cấu tạo nhánh có thể là các nhóm phân cực hoặc không phân cực và có thể có các độ dài khác nhau [4]. Cấu trúc tổng quát của amino axit (a); glyxin (b) Các mạch nhánh không phân cực của axit amin chỉ bao gồm C và H.

Các mạnh nhánh phân cực có chứa các nguyên tử O và N, chúng có thể chứa nhiều nhóm chức khác nhau như: hydroxyl và cacboxyl, amino hoặc amit [4]. Collagen được cấu thành từ 20 axit amin khác nhau. Các axit amin này được liên kết với nhau thông qua các mối liên kết peptit tạo thành các mạch có độ dài khoảng 300 nm. Tính chất của các collagen thay đổi phụ thuộc vào trình tự sắp xếp của các phân tử axit amin dọc theo chiều dài mạch polypeptit [4].

Thông thường trong một phân tử collagen có chứa khoảng 1000 đơn vị axit amin đơn giản. Trong số các axit amin hình thành nên collagen thì nhiều nhất là glyxin chiếm 30%, sau đó là prolin (10%) và hydroxyprolin (10%). Collagen được coi là loại protit duy nhất có chứa lượng lớn hydroxyprolin (12,83g trong 100g protit). Vì vậy, việc xác định hàm lượng axit amin này đôi khi được sử dụng để xác định hàm lượng collagen trong da nguyên liệu.

Cấu tạo của các axit amin cơ bản hình thành nên collagen được thể hiện trong (hình 1. 7 Glyxin Prolin Hydroxyprolin Hình 1. Cấu tạo của các amino axit cơ bản hình thành nên collagen [4]. Mối liên kết của các axit amin hình thành nên các cấu trúc chuỗi của collagen là liên kết peptit [4].

Liên kết peptit giữa hai axit amin [4]. Nhiều phân khúc của mạch polypeptit trong phân tử collagen được cấu tạo từ việc sắp xếp lặp đi lặp lại các đơn vị tripeptit đơn giản (Gly-X-Y-). Trong đó X thường là prolin hoặc hydroxyprolin. Cấu trúc mạch vòng của prolin và hydroxyprolin đã tạo cho mạch polypeptit có cấu tạo hình trôn ốc [4].

Mỗi phân tử collagen được hình thành bởi ba mạch polypeptit xoắn lại với nhau tạo thành cấu trúc dạng lò xo ba lần (hình 1. Liên kết giữa các mạch polypeptit của collagen là liên kết vanđecvan, liên kết hyđro và liên kết ion [4]. Ngoài collagen, trong da còn có procollagen (một loại protein) tương tự như collagen, cũng có cấu tạo dạng lò xo ba lần hoặc có cấu tạo mạng polypeptit song song. Sợi retikulin tạo thành một màng lưới bao phủ trên bề mặt của collagen.

Sợi elastin đàn hồi có chiều dài và độ dày khác nhau, cũng tạo thành cấu trúc mạng lưới. Chúng tập trung nhiều nhất ở phía mặt cật [4]. Xơ mịn Phân tử Dạng lò xo ba lần Chuỗi Alpha Mạch axit amin (a) (b) Hình 1. Cấu trúc mạch polypeptit đơn (a); cấu trúc bậc ba của collagen (b) [4] Sự định hình hình dạng không gian của các đại phân tử protit phần lớn được xác 8 định bởi sự tác động giữa và trong các phân tử.

Trong số đó quan trọng nhất là các liên kết hidro và disyunfit. Các liên kết hidro trong protit xuất hiện nhờ các nguyên tử hidro giữa các nguyên tử nitơ và oxi của nhóm peptit [4, 171]. Dạng lò xo ba lần Chu kỳ D Chu kỳ D Xơ mịn collagen Sợi collagen Bó sợi collagen Mặt cắt ngang Hình 1. (a) Cấu trúc phân cấp của xơ da.

Trong da, xơ mịn chứa khoảng 700 - 800 phân tử colagen, còn đường kính của nó khoảng 100 nm. Một phân tử colagen chứa 3 mạch peptit và mỗi mạch peptit chứa 1052 gốc axit amino (amino axit radicals). Các gốc amino axit xoắn với nhau theo hình xoắn lò xo (triple helix), với độ dài khoảng 3 µm và đường kính xấp xỉ 1,4 nm. Tiếp theo khoảng 200 -1000 xơ mịn (Fibrils) kết hợp lại thành các xơ thành phần (elementery collagen) có đường kính 0,1 µm hay 100 nm.