Sản xuất gelatin và ứng dụng GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hiền MỤC LỤC 1. Tính chất collagen:. Lịch sử phát triển của ngành sản xuất gelatine:.
Định nghĩa gelatine:. Cấu tạo gelatine:. Phân loại gelatine:. Tính chất của gelatine:.
Khả năng tạo màng của gelatine với các phụ gia khác:. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GELLATIN TỪ DA CÁ TRA:. Quy trình: 20 2. Thuyết minh quy trình: 20 2.
Tiền xử lý nguyên liệu thô:. Quá trình trích ly. Quá trình tinh sạch. Quá trình cô đặc.
Quá trình sấy. Công nghệ thực phẩm 24 4. Công nghệ dược phẩm 50 4. Gelatin trong lĩnh vực nhiếp ảnh 57 4.
Các lĩnh vực khác 57 4. Gelatin trong các ứng dụng khác 58 4. Khả năng đưa gelatin da cá vào trong các ứng dụng công nghiệp 59 4. Gelatin và các chất cạnh tranh trong các ứng dụng 61 5.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN.67 1 Sản xuất gelatin và ứng dụng GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hiền 1. Collagen: Collagen là protein có nhiều trong da và xương động vật. Trong cơ thể người và đa số các loài động vật, collagen chiếm 30% lượng protein.
Collagen không có tính đàn hồi nên có tác dụng bảo vệ cơ thể chống lại sự kéo căng. Collagen đã được nghiên cứu và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, y học, dược phẩm, keo dán, phim ảnh… 1. Cấu tạo: - Phân tử collagen có cấu tạo xoắn ốc bậc ba với sự lặp lại của chuỗi (Gly – X – Y). Trong đó, X là proline còn Y là hydroxyproline.
- Cấu tạo của collagen rất khác biệt với bất cứ protein nào được biết tới, nét nổi bật nhất là trong thành phần collagen có chứa một lượng lớn glycine 33%, proline và hydroxyproline 22%, một lượng nhỏ hydroxylysine 1% (Eastoe, 1967). - Đơn vị cơ bản của collagen là tropocollagen, gồm 3 chuỗi liên kết nhau tạo thành những sợi nhỏ. Mỗi phân tử tropocollagen dài 300 nm, dày 1,5 nm và có khối lượng phân tử 300 000 dalton. - Các phân tử tropocollagen sẽ liên kết ngang với nhau bằng liên kết cộng hóa trị.
Nhờ các liên kết ngang này, các phân tử tropocollagen hình thành nên sợi collagen. Các sợi collagen rất dài và mảnh, chúng sắp xếp tạo ra mạng collagen.1 Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen 2 Sản xuất gelatin và ứng dụng GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hiền Hình 1.2 Cấu tạo phân tử collagen - Sự sắp xếp khác nhau của các chuỗi đã hình thành nên cấu trúc xoắn bậc ba phức tạp khác nhau của các loại collagen. - Hiện nay có khoảng 27 loại collagen được xác định.
Mỗi loại có trật tự thống nhất về acid amin trong chuỗi polypeptide ban đầu và đi kèm với những phân tử carbohydrate khác nhau. - Trong các loại collagen được tìm thấy thì collagen loại I và III là nguồn nguyên liệu phổ biến sản xuất gelatin thương mại. Trong cơ thể người và động vật có đến 90% collagen là collagen loại I, II, III. Collagen loại I là phổ biến nhất và thường ở trong các mô liên kết như da, xương, gân.
Collagen loại II hầu như tồn tại ở các mô sụn. Collagen loại III lại phụ thuộc rất lớn vào độ tuổi của động vật, da heo còn trẻ chứa tới 50%, theo thời gian tỷ lệ này giảm 5-10%.1 Thành phần chuỗi của 2 loại collagen dùng sản xuất geltine. Loại Thành phần chuỗi phân tử Phân bố I {2[ 1(I)],[ 2(I)]} Da, xương, sụn… III 3[ 1(III)] Da (không có trong xương) - Sự phân bố thành phần acid amin trong các chuỗi khác nhau sẽ tạo ra gelatin có những tính chất khác nhau. 3 Sản xuất gelatin và ứng dụng GVHD: Ths.
Nguyễn Thị Hiền Bảng 1.2 Sự phân bố acid amin của 3 chuỗi trong chuỗi collagen loại I và loại III. Thành phần Thành phần theo tỷ lệ/1000 1 (loạiI) 2 (loạiI) 1 (loạiIII) 3– 1 2 0 hydroxyproline 108 93 125 4– 124 113 107 hydroxyproline 26 18 30 Proline 9 12 5 Lysine 333 338 350 Hydroxylysine 0 0 2 Glycine 34 30 39 Cysteine 115 102 96 Serine 3 12 6 Alanine 21 35 14 Histidine 7 5 8 Valine 6 14 13 Methionine 19 30 22 Isoleucine 50 50 46 Leucine 12 12 8 Arginine 42 44 42 Phenylalanine 16 19 13 Aspartic acid 73 68 71 Threonine 1 4 3 Glutamic acid Tyrosine 1. Tính chất collagen: - 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. 4 Sản xuất gelatin và ứng dụng GVHD: Ths.
Nguyễn Thị Hiền Trong môi trường acid, các ion của acid sẽ tác dụng với các 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+. 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 một biến đổi quan trọng trong quá 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 hydro giữa các gốc – CO…NH – của mạch xung quanh, phân hủy acid amin trong mạch giải phóng ammoniac. Khi cấu trúc collagen bị biến đổi thì pI của collagen hạ xuống thấp. Tác dụng thủy phân của acid 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.
Do đó trong quá trình trích ly gelatin cần thiết phải khống chế nhiệt độ và thời gian thích hợp để đảm bảo chất lượng của gelatin thành phẩm. - Phản ứng với nước: Collagen không hòa tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ hút nước để nở ra, cứ 100g collagen khô có thể hút được khoảng 200g nước, trong đó khoảng 70g là nước liên kết và 20g là liên kết vững chắc. Khi tác dụng với nước, độ dày của mạch sẽ tăng lên 25% và độ dài tăng lên không đáng kể, tổng thể tích của phân tử collagen tăng lên 2 – 3 lần. Do nước phân cực tác dụng lên liên kết hydro trong collagen làm giảm tính vững chắc của sợi gelatin từ 3 – 4 lần.
Khi nhiệt độ tăng lên cao, tính hoạt động của mạch polypeptide tăng mạnh, làm cho mạch bị yếu và bắt đầu đứt thành những mạch polypeptide tương đối nhỏ. Khi nhiệt độ tăng lên trong khoảng 60 – 650C collagen hút nước bị phân giải. Nhiệt độ phân giải của collagen trong nguyên liệu chưa xử lý tương đối cao. Khi nguyên liệu đã khử hết chất khoáng, thì nhiệt độ phân giải sẽ giảm xuống.
5 Sản xuất gelatin và ứng dụng GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hiền 1. Lịch sử phát triển của ngành sản xuất gelatine: - Thuật ngữ gelatin có nguồn gốc từ Latin là từ “gelatus”, nghĩa là màng hay chất làm đông. Theo các nghiên cứu cho thấy, từ hơn 2000 năm trước đây con người đã biết sử dụng mô liên kết và các sản phẩm của nó trong chế biến thực phẩm để tạo ra các sản phẩm dạng gel.
- Năm 1962, một người Pháp tên là Papin đã tạo ra được một hỗn hợp giống jelly từ xương. - Năm 1700, thuật ngữ gelatin được sử dụng phổ biến. Đến năm 1754, bài báo đầu tiên trong lĩnh vực chất dính được đăng tải ở Anh về việc sản xuất chất hồ dán tự nhiên với thành phần cơ bản là gelatin và một vài chất khác của một thợ làm đồ gỗ. - Năm 1850, công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện ở Mỹ với nguồn nguyên liệu chính lúc này là da chưa thuộc và xương từ heo và bò.
Sau đó, nhiều nghiên cứu về gelatin được tiến hành đã làm tăng thêm các ứng dụng và ổn định tính chất của gelatin. - Năm 1930, ngành sản xuất gelatin ở Châu Âu mới bắt đầu, nhưng sau đó không lâu Châu Âu lại trở thành khu vực sản xuất gelatin quan trọng nhất thế giới. - Năm1973, WHO đã đưa ra tiêu chuẩn nhận biết và độ tinh sạch của gelatin thực phẩm và xem gelatin như một loại thực phẩm chứ không phải là phụ gia. - Năm 1974, công nghiệp sản xuất gelatin phát triển vô cùng lớn mạnh dẫn đến yêu cầu thành lập “Hiệp hội gelatin của Châu Âu” (GME) để đại diện cho quyền lợi của các nhà sản xuất cũng như người tiêu dùng gelatin.
- Tuy nhiên, gelatin sản xuất từ da heo không được chấp nhận ở các nước Hồi giáo, trong khi đó các nước Ấn Độ giáo thì gelatin sản xuất từ bò chỉ được chấp nhận khi đã được làm theo những đòi hỏi của tôn giáo này. Ngoài ra, dịch bệnh bò điên đã làm sự tiêu thụ thịt bò giảm do đó nguồn nguyên liệu sản xuất gelatin từ bò trở giảm đi một cách đáng kể. Vì những lí do trên, gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú gặp nhiều khó khăn dù gelatin có chất lượng tốt. Trong thời kỳ này, xu hướng tìm kiếm nguồn nguyên liệu mới để sản xuất trở nên cấp bách và nguồn nguyên liệu mới được chú ý khai thác nhiều nhất là phế liệu cá.
Đối với ngành chế biến cá, sau khi lóc fillet, lượng phế thải chiếm 75% tổng khối lượng cá và 30% trong số đó là da và xương. Da và xương cá có chứa nhiều collagen, có thể đem sản xuất gelatin, từ đó giải quyết được vấn đề phế thải và đồng thời tạo ra sản phẩm có giá trị. 6 Sản xuất gelatin và ứng dụng GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hiền - Trong những năm gần đây đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về gelatin da cá và so sánh gelatin da cá với gelatin từ nguồn nguyên liệu truyền thống.
Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chỉ là các nghiên cứu ban đầu trong quá trình trích ly gelatin từ các loại khác nhau cũng như những ứng dụng của chúng trong thực phẩm. Định nghĩa gelatine: Hiện nay có nhiều định nghĩa khác nhau về gelatin. - Năm 1967, Ramachandran định nghĩa gelatin là một polypeptide có khối lượng phân tử lớn có nguồn gốc từ collagen - một thành phần protein chính của mô liên kết -có nhiều trong xương, da và nội tạng. - Năm 1987, Rose định nghĩa gelatin là từ để chỉ những hợp chất protein có nguồn gốc từ collagen.
- Năm 1998, Bailey và Paul định nghĩa gelatin về căn bản là protein tinh sạch dùng trong thực phẩm được thu nhận từ collagen đã bị thoái hóa do nhiệt, có cấu trúc như protein động vật.