Đặt vấn đề Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của đất nƣớc, nhu cầu sử dụng các sản phẩm chế biến từ thịt lợn ngày một tăng. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng khác nhau của ngƣời tiêu dùng các sản phẩm công nghiệp chế biến từ thịt lợn ngày đa dạng và nhiều chủng loại các sản phẩm chế biến từ thịt lợn nhƣ: thịt hộp, giò chả, súc xích… Các sản phẩm này chỉ sử dụng phần thịt, thải ra môi trƣờng một lƣợng lớn da, xƣơng và các phế phụ phẩm khác gây ôi nhiễm môi trƣờng. Trong đó da lơn có chứa hàm lƣợng lớn collagen, có thể sử dụng nguyên liệu này để thu nhận collagen. Đây là một hƣớng đi mới nhiều triển vọng mang lại lợi ích về kinh tế và môi trƣờng.
Collagen là loại protein cấu trúc trong cơ thể động vật và con ngƣời. Nó đƣợc phân bố trong các bộ phận nhƣ da, cơ, gân, sụn, dây chằng xƣơng và răng. Collagen là một loại protein chiếm tới 25% lƣợng protein trong cơ thể ngƣời, có chức năng chính là kết nối các mô trong cơ thể lại với nhau. Nó đƣợc coi nhƣ là một chất keo dính các bộ phận trong cơ thể con ngƣời thành một khối hoàn chỉnh, nếu không có collagen cơ thể ngƣời chỉ là các phần rời rạc.
Đối với da, collagen chiếm khoảng 70% cấu trúc da và đƣợc phân bố chủ yếu ở lớp hạ bì của da. Nó đóng vai trò kết nối tế bào, kích thích quá trình trao đổi chất, tạo độ đàn hồi cho da. Collagen đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong đời sống. Trong công nghệ thực phẩm collagen là một phụ gia có tính an toàn với ngƣời sử dụng, collagen đƣợc ứng dụng trong nhiều sản phẩm chế biến với trò ổn định cấu trúc cho sản phẩm, tăng giá trị dinh dƣỡng, giá trị cảm quan cho sản phẩm, đa dạng hóa các sản phẩm, tạo ra các sản phẩm mới.
Đối với sản phẩm thực phẩm chức năng collagen đƣợc sử dụng nhiều trong các sản phẩm chức năng với mục đích chăm sóc sắc đẹp. Nhu cầu sử dụng của collagen ngày một lớn. Do đó việc nghiên cứu sản xuất collagen từ nguồn phế liệu từ các nhà máy, cơ sở chế biến thịt là rất cần thiết vừa đáp ứng nhu cầu sử dụng collgen vừa giải quyết vấn đề môi trƣờng. Từ thực tế trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “ Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình trích ly collagen từ da lợn”.
Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình trích ly collagen. Yêu cầu của đề tài - Xác định đƣợc điều kiện xử lý nguyên liệu. - Xác định đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình trích ly. - Xác định đƣợc điều kiện thu nhận collagen.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế 1. Ý nghĩa khoa học - Xác định thông số kĩ thuật từ đó đƣa ra quy trình trích ly collagen từ da lợn bằng phƣơng pháp nghiên cứu và phân tích tại phòng thí nghiệm. Ý nghĩa thực tiễn - Tận dụng nguồn phế phụ phẩm trong sản xuất chết biến thịt lơn tạo ra sản phẩm có giá trị cao và góp phần giảm ô nhiễm môi trƣờng. - Tạo ra chế phẩm collagen có ứng dụng rộng rãi.
- Góp phần làm phong phú phụ gia dùng trong thực phẩm. 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2. Cơ sở khoa học của đề tài 2. Tổng quan về collagen 2.
Đinh ̣ nghiã về collagen Chữ collagen bắt nguồn từ chữ Hy Lạp, nó gồm 2 thành tố đƣợc Latinh hoá. Tiếp đầu ngữ Kolla: colla có nghĩa là chất keo, và tiếp vị ngữ Gennan: gen có nghĩa là tạo ra Collagen có nghĩa đen là chất tạo keo[1]. Collagen là một protein có cấu trúc bậc 4 điển hình, do các đơn vị tropocollagen cấu trúc bậc 3 tổ hợp theo các hƣớng dọc và ngang làm collagen có nhiều mức cấu trúc. Collagen là loại protein cấu trúc chính yếu, chiếm khoảng 25% - 35% tổng lƣợng protein trong cơ thể ở các động vật có xƣơng sống.
Collagen đƣợc phân bố trong các bộ phận nhƣ da, cơ, gân, sụn, răng, hệ thống mạch máu của động vật và có mặt trong các lớp màng liên kết bao quanh các cơ và là thành phần chính của dây chằng và gân,. Khoảng 10% protein trong cơ ở động vật có vú là collagen, các protein ngoại bào (hơn 90% trong gân, xƣơng và khoảng 50% trong da) có chứa collagen[2]. Trong thành phần của da, collagen chiếm khoảng 70% cấu trúc da và đƣợc phân bố chủ yếu ở lớp hạ bì của da, tạo ra một hệ thống nâng đỡ, hỗ trợ các đặc tính cơ học của da nhƣ : sức căng, độ đàn hồi, duy trì độ ẩm,. Nó đóng vai trò kết nối tế bào, kích thích quá trình trao đổi chất, tạo độ đàn hồi cho da.
Sự suy giảm về số lƣợng và chất lƣợng collagen sẽ dẫn đến hậu quả lão hóa của cơ thể mà sự thay đổi trên làn da, khuôn mặt là dấu hiệu dễ nhận biết nhất: làn da bị khô, nhăn nheo bắt đầu từ các đƣờng nhăn mảnh trên khóe mắt, khóe miệng, lâu dần thành nếp nhăn sâu, các đƣờng nét khuôn mặt bị chùng nhão và chảy xệ[3]. Tùy theo từng độ tuổi, điều kiện sống và tác động của môi trƣờng, da có thể bị lão hóa hoặc tổn thƣơng, khi đó sợi collagen sẽ mất dần tính đàn hồi và săn chắc do cấu trúc collagen bị phá hủy. Chính vì vậy mà collagen đóng vai trò là một trong những chất quan trọng hàng đầu của ngành thẩm mỹ, đặc biệt là chăm sóc da, phẫu thuật thẩm mỹ, phẫu thuật bỏng. 4 Collagen cũng đƣợc phân bố ở giác mạc, và tồn tại dƣới dạng tinh thể.
Trong mô cơ, collagen chiếm khoảng từ 1% đến 2%. Trong cơ thể ngƣời, collagen chiếm từ 20 - 25% protein của cơ thể[4]. Collagen là thành phần chính của mô liên kết, có chức năng tạo độ vững chắc và đàn hồi. Collagen có tác dụng giống nhƣ 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. Theo quan điểm y sinh, collagen đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển, hàn gắn vết thƣơng, là thành phần hoạt hoá các tiểu cầu trong máu và sự hình thành mạch. Thêm vào đó sự phát triển của một số bệnh di truyền đƣợc xác định là do sự đột biến trong cấu trúc gen của collagen. Những rối loạn trong quá trình tổng hợp hoặc phân giải collagen đều đƣợc ghi lại nhƣ là nguyên nhân của nhiều căn bệnh phức tạp nhƣ chứng viêm khớp, xơ gan, bệnh đái đƣờng và ung thƣ cũng nhƣ những bệnh có liên quan đến sự lão hoá.
Collagen 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 xƣơng và tích trữ năng lƣợng đàn hồi. Chính nhờ tính chất này mà cơ thể có thể di chuyển, vận động một cách nhịp nhàng và uyển chuyển. Collagen còn là chất nền hữu cơ có trong xƣơng và men răng giúp chúng chống lại sự rạn nứt.
Nó là thành phần chính trong da, mạch máu, các cơ. Bên cạnh các chức năng cơ học, ở giác mạc, thủy tinh thể, trật tự cấu trúc của các sợi collagen tạo nên sự trong suốt duy trì thị lực[1]. Collagen đƣợc xem nhƣ 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.
Xét về mặt kinh tế, nguồn nguyên liệu giàu collagen dùng để sản xuất ra gelatine chất có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: Công nghệ Thực phẩm, y học và dƣợc phẩm, mỹ phẩm, công nghệ nhiếp ảnh,. Cấ u ta ̣o collagen Thành phần protein trong collagen có gần đầy đủ các loại acid amin, bao gồm 20 loại acid amin (Schrieber và Gareis,2007). Thành phần acid amin có thể thay đổi tùy theo nguồn gốc của collagen, nhƣng vẫn tồn tại một vài tính chất chung và duy nhất cho tất cả collagen. Trong thành phần collagen không chứa cystein và trytophan, nhƣng chứa một lƣợng lớn glycine (Gly), chiếm khoảng 33% và proline (Pro), chiếm tỉ lệ 12% 5 và hydroxyproline (Hyp), chiếm tỉ lệ 22% (Theo Balian và Bowes 1977).
Collagen là một trong số ít những protein có chứa hydroxylysine (Hyl), ngoài ra trong thành phần Collagen còn chứa khoáng, chiếm tỉ lệ 1%[1].1: So sánh thành phần các acid amin trong collagen và các loại protein khác (số gốc/1000 gốc) (Nguồ n Schrieber và Gareis,2007) Collagen Casein Albumin Glycine 363 30 19 Alanin 107 43 35 Valine 29 54 28 Leucine 28 60 32 Isoleucine 15 49 25 Serin 32 60 36 Threonine 19 41 16 Cystein - 2 1 Methionine 5 17 16 Aspatic acid 47 63 32 Glutamic acid 77 153 52 Lycine 31 61 20 Hydroxylycine 7 - - Arginine 49 25 15 Histidine 5 19 7 Phennylalanine 15 28 21 Tyrosine 5 45 9 Trytophan - 8 3 Proline 131 65 14 Hydroxyproline 107 - - Proline và Hydroxyproline liên quan tới cấu trúc bậc 2 của collagen. Những amino acid này giúp giới hạn sự quay của bộ khung polypeptide, do đó góp phần tạo nên sự bền vững cho cấu trúc xoắn ốc bậc 3. Nhóm hydroxyl của hydroxylproline đóng vai trò quan trọng trong sự bền vững cấu trúc xoắn ốc bậc 3 của collagen. Polypeptide của collagen mà thiếu hydroxylproline sẽ tạo nên cấu trúc gấp khúc ở nhiệt độ thấp và sẽ không bền vững ở nhiệt độ thân nhiệt[2].
6 Hydroxyproline là một acid amin đặc trƣng của collagen mà các loại protein khác không có. Hydroxyproline đƣợc hình thành sau quá trình điều chỉnh proline khi đƣợc kết hợp vào vị trí Y trong chuỗi Gly-X-Y. Hydroxyproline có công thức phân tử là C5H9NO3, khác với proline, trong công thức cấu tạo của Hyp có gắn nhóm OH nằm ở vị trí cacbon gamma, acid amin này có vai trò quan trọng trong sự ổn định cấu trúc của collagen, là dẫn xuất của proline trong quá trình hình thành chuỗi collagen có sự xúc tác của enzyme hydroxylase proline và sự có mặt của Vitamin C để giúp bổ sung thêm Oxy, thiếu vitamin C sẽ làm chậm quá trình tổng hợp hydroxyproline, ảnh hƣởng đến quá trình xây dựng cấu trúc protein gây ra những rối loạn trong cơ thể.1: Công thức cấu tạo của hydroxyproline Phân tử collagen bao gồm 3 chuỗi xoắn lại với nhau tạo thành collagen triple-helix tạo thành cấu trúc 3D- một mô hình lý tƣởng cho các liên kết hydro giữa các chuỗi (Te Nijenhuis, 1997). Mỗi chuỗi trong triple- helix quay theo chiều kim đồng hồ.