Đặt vấn đề Nông nghiệp là ngành kinh tế trọng điểm của Việt Nam, trong đó nghành chăn nuôi chiếm 30 - 32% tỷ trọng nền nông nghiệp [12]. Theo Cục thống kê (2012) cả nước có hơn 23.500 trang trại chăn nuôi gia súc gia cầm và 4.13 triệu hộ chăn nuôi lợn, sản lượng thịt hơi các loại cả năm 2012 đạt 4,3 triệu tấn trong đó sản lượng thịt lợn hơi đạt 1. Đến tháng 10/2013 sản lượng thịt lợn hơi xuất chuồng đã tăng thêm khoảng 2 - 2. Đáp ứng nhu cầu cầu nguyên liệu cho ngành công nghệ thực phẩm, trong các nhà máy sản xuất thịt lợn đóng hộp, nhà máy chế biến các sản phẩm thịt lợn chỉ sử dụng phần thịt và thải bỏ một lượng lớn da, xương và các phế phụ phẩm khác, lượng phế thải này chưa được sử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường và gây lãng phí lớn.
Trong khi đó lượng phế phụ phẩm này là nguồn nguyên liệu để sản xuất gelatin. Gelatin là sản phẩm được thủy phân từ collagen có nguồn gốc tự nhiên từ da, mô khớp nối, lông động vật [1]. Trong thực phẩm, gelatin là một phụ gia có tính an toàn với sức khỏe người sử dụng, gelatin có vai trò quan trọng và ứng dụng nhiều trong quá trình chế biến thực phẩm nhằm ổn định cấu trúc cho sản phẩm, thay thế các phụ gia độc hại như hàn the, polyphosphate…, tăng giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan cho sản phẩm. Gelatin được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, phim ảnh, mỹ phẩm với lượng tiêu thụ hàng năm lên tới 300.000 tấn [2] năm 2012 toàn thế giới tiêu thụ 359.
Nhận thấy nhu cầu sử dụng gelatin trên thế giới cũng như ở Việt Nam là rất lớn trong khi nguồn nguyên liệu để sản xuất gelatin ở nước ta lại sẵn có, ổn định, giá rẻ và có tiềm năng phát triển. Do đó việc nghiên cứu ra phương pháp sản xuất gelatin từ phế thải của các nhà máy chế biến thịt gia súc gia cầm là hết sức cần thiết vừa đáp ứng nhu cầu sử dụng gelatin vừa mang lại hiệu quả kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường. Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết gelatin từ da lợn và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm”. Mục đích đề tài - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết gelatin từ da lợn và ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm.
Yêu cầu đề tài Nghiên cứu xác định được các điều kiện xử lý nguyên liệu. - Nghiên cứu lựa chọn được loại acid xử lý nguyên liệu. - Nghiên cứu lựa chọn được nồng độ acid xử lý nguyên liệu. - Nghiên cứu lựa chọn được tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid.
- Nghiên cứu lựa chọn được thời gian ngâm xử lý nguyên liệu. Nghiên cứu xác định được các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình trích ly. - Nghiên cứu lựa chọn được tỷ lệ nguyên liệu : nước trích ly. - Nghiên cứu lựa chọn được thời gian trích ly.
- Nghiên cứu lựa chọn được nhiệt độ trích ly. Nghiên cứu lựa chọn được tỷ lệ bổ sung gelatin vào thực phẩm. - Nghiên cứu lựa chọn được tỷ lệ bổ sung gelatin vào sản phẩm chả cá. Ý nghĩa của đề tài 1.
Ý nghĩa khoa học của đề tài - Xác định thông số kĩ thuật từ đó đưa ra quy trình sản gelatin bằng phương pháp nghiên cứu và phân tích tại phòng thí nghiệm. - Đánh giá khả năng tạo cấu trúc các sản phẩm thực phẩm của gelatin. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Tạo ra sản phẩm có giá trị cao và góp phần giảm ô nhiễm môi trường. - Tạo ra chế phẩm gelatin có ứng dụng rộng rãi - Góp phần làm phong phú phụ gia dùng trong thực phẩm.
n 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học của đề tài 2. Tổng quan về collagen 2. Định nghĩa về collagen Chữ collagen bắt nguồn từ chữ Hy Lạp, nó gồm 2 thành tố được 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 [6]. Theo từ điển Merriam Webster thì collagen là protein không hòa tan, dạng sợi và tham gia chủ yếu vào thành phần cấu tạo mô liên kết và xương ở động vật có xương sống [8]. Theo các nghiên cứu khoa học, Collagen bản chất của nó là amino acid - là chất đạm - là một loại protein, chiếm tới 25% tổng lượng protein trong cơ thể người. Theo quan điểm y sinh, Collagen là thành phần chính của các mô liên kết, có khả năng đàn hồi và chịu lực rất cao, là thành phần chính của da, gân, xương, dây chằng, sụn và răng trong cơ thể.
Khi cơ thể thiếu hụt chất này sẽ gây nên những vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe, Collagen đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển, hàn gắn viết thương, là thành phần hoạt hóa các tiểu cầu trong máu và sự hình thành mạch. Thêm vào đó sự phát triển của một số bệnh di truyền được xác định do đột biến trong cấu trúc gen của collagen. Những rối loạn trong quá trình tổng hợp hoặc phân giải collagen đều được ghi lại như là nguyên nhân của nhiều căn bệnh phức tạp như viêm khớp, xơ gan, đái tháo đường, ung thư cũng như các bệnh liên quan đến sự lão hóa. Xét về mặt kinh tế, nguồn nguyên liệu giàu collagen dùng để sản xuất ra gelatin - chất có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Thành phần và cấu trúc của collagen Collagen là một loại protein rất đặc biệt. Cấu trúc của nó được tạo thành từ những amino acid với sự sắp xếp dạng sợi, mặt khác được biết như là protein cứng hình sợi. Những sợi này là những chuỗi phân tử dài, chứa đến 19 loại amino acid. Thành phần amino acid quan trọng của những sợi này gồm có: prolin, glicin, n 4 hydroxyprolin và hydroxygilicin.
Hai hợp chất cuối không thấy trong bất kỳ loại protein nào khác. Collagen là một loại protein tương đối đơn giản, gồm có ba chuỗi amino acid riêng biệt xoắn lại với nhau giống như một sợi dây thừng. Mỗi sợi collagen được tạo nên từ hàng nghìn amino acid, chủ yếu là hai loại acid amin: glycin và prolin. Đơn vị cấu trúc của nó là tropocollagen bao gồm 3 mạch polypeptide bện vào nhau thành một dây cáp siêu xoắn (vì mỗi mạch đơn có cấu trúc xoắn, chiều cao của mỗi gốc xoắn trên trục siêu xoắn này là 2,9 Å, một vòng xoắn là 3,3 gốc amino acid).
Ba chuỗi polypeptide trong “dây cáp” nối với nhau bằng các liên kết hydrogen. Đầu tiên ba sợi của collagen này xoắn lại theo kiểu xoắn ốc xung quanh một sợi hình thành nên một bộ ba. Sau đó những bộ ba này bắt với nhau và xoắn chung quanh mỗi bộ ba để hình thành nên một sợi siêu cáp. Mỗi sợi này cũng liên kết với nhau bằng các liên kết ngang.
Sự kết hợp này được gọi là một collagen siêu xoắn. Cấu trúc ba chiều phức tạp này quyết định chức năng sinh học của collagen. Gần một nửa lượng amino acid của colagen là glycine và alanine. Ở những vị trí có liên kết – NH – và = O của glycine và alanine của chuỗi này sẽ liên kết với nhóm –NH – và = O của chuỗi kia ở vị trí tương ứng bằng liên kết hydro.
Cứ 3 chuỗi polypeptid sẽ xoắn ốc lại với nhau tạo thành một chuỗi lớn hơn, đó chính là sợi colagen rất rắn chắc trong mô sống của động vật [4]. Một đặc điểm để phân biệt colagen với các loại protein khác là trình tự các acid amin được sắp xếp trong 3 chuỗi đơn vị của phân tử colagen. Một mô hình phổ biến là Gly-X-Pro hoặc Gly-X-Hyp, trong đó X có thể là một phân tử acid amin bất kỳ: Gly-Pro-Hyp là mô hình xuất hiện nhiều nhất Vì thế, gelatin được thu nhận từ colagen là một mạng lưới phân tử có tính đàn hồi nối với nhau bởi liên kết hydro n 5 Hình 2.1 Cấu trúc Collagen 2. Tính chất của collagen * Tính chất vật lý Collagen là một proten không tan trong nước nhưng có khả năng giãn nở nhẹ, tỷ lệ giãn nở co giãn khoảng 7% cho sợ ướt và 5% cho sợi khô.
Ở 60oC dưới tác động của acid hay kiềm hoặc muối Collagen ẩm đột ngột phồng lên co rút khoảng 1/3 hay 1/4 chiều dài của nó và nếu tiếp tục đun collagen sẽ tiếp tục phân hủy thành gelatin * Tính chất hóa học Collagen là chất duy có thể chuyển thành gelatin khi đun sôi với nước nóng đó là kết quả của sự mở vòng xoắn 3 sợi kèm theo sự phá vỡ liên kết hydro. Gelatone và gelatose là sản phẩm phân giải gelatin, tỷ lệ giữa gelatin gelatone và gelatose được quyết định bởi nhiệt độ và thời gian nấu. Collagen bị thủy phân chậm bởi trysin và pepsin, tan trong glycerin, acid acetid, ure nhưng không tan trong nước lạnh khi thêm cồn, muối hoặc aceton đặc biệt là thêm heparin thì chúng có sợi dày và kết tủa lại [4]. - Phản ứng với acid và kiềm : Trên mạch collagen có các gốc amin và carboxyl nên collagen có tính chất lưỡng tính có thể tác dụng với acid lẫn kiềm.
Trong môi trường acid các ion acid sẽ tác dụng với gốc amin, điện tích carboxyl bị ức chế hình thành acid yếu có độ ion hóa thấp. Trái lại gốc amin bị ion hóa tạo NH3+. n 6 Trong điều kiện có nước, nước có thể tác dụng với nhóm gốc có mang điện trong kết cấu protide và những ion Na+, Cl- hình thành tác dụng hợp nước phụ của collagen, khiến collagen trong môi trường acid, kiềm có độ hút nước cao hơn trong nước nguyên chất. Dưới tác dụng của các acid và kiềm đủ mạnh sẽ làm cho collagen bị biến đổi, đây là biến đổi quan trọng trong qua trình chuyển hóa collagen thành gelatin.
Khi đó acid và kiềm sẽ cắt đứt các liên kết giữa – NH3+…COO- làm đứt mạch peptide trong mạch chính, phá vỡ các liên kết giữa các gốc – CO…NH- của mạch xung quanh, phân hủy acid amin trong mạch giải phóng amoniac. Khi cấu trúc collagen bị biến đổi thì pI của collagen hạ xuống thấp. Tác dụng thủy phân của aicd và kiềm tăng khi nhiệt độ môi trường tăng. Mức độ thủy phân của acid và kiềm đối với collagen được đánh giá thông qua độ bền gel của gelatin – sản phẩm thủy phân của collagen [6].
Do đó trong quá trình trích ly gelatin cần phải khống chế nhiệt độ và thời gian thích hợp để đảm bảo chất lượng của gelatin thành phẩm.