Luận án tiến sĩ: Tách chiết và tinh sạch collagen từ da cá ngừ vây vàng và ứng dụng trong thực phẩm

Luận án tiến sĩ nghiên cứu quy trình tách chiết, tinh sạch collagen thủy phân từ da cá ngừ vây vàng và ứng dụng tiềm năng trong ngành thực phẩm.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án tiến sĩ

2022

199
10
0

Phí lưu trữ

45 Point

Tóm tắt

I. Tách chiết collagen từ da cá ngừ vây vàng

Tách chiết collagen từ da cá ngừ vây vàng là bước đầu tiên trong quy trình sản xuất collagen thủy phân. Da cá ngừ vây vàng được chọn làm nguyên liệu chính do hàm lượng collagen cao và khả năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. Quy trình bắt đầu bằng việc làm giàu collagen thông qua loại bỏ các thành phần phi collagen như lipid, chất màu và protein khác. Phương pháp xử lý kiềm được tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao nhất, với nồng độ NaOH 0.93 N, tỷ lệ dung dịch NaOH/da cá 5/1 (v/w) và thời gian xử lý 28 giờ. Kết quả cho thấy tỷ lệ collagen tăng từ 69.68% lên 85.58%, chất béo giảm từ 11.07% xuống còn 5.6%, và phần lớn chất màu được loại bỏ.

1.1. Phương pháp loại bỏ phi collagen

Phương pháp loại bỏ phi collagen sử dụng NaOH được tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng. Các yếu tố như nồng độ NaOH, tỷ lệ dung dịch/nguyên liệu và thời gian xử lý được điều chỉnh để đạt hiệu quả tối đa. Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ NaOH 0.93 N, tỷ lệ 5/1 (v/w) và thời gian 28 giờ là điều kiện tối ưu, giúp tăng tỷ lệ collagen và giảm đáng kể các thành phần không mong muốn.

1.2. Tối ưu hóa quy trình tách chiết

Quy trình tách chiết collagen được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm. Phương pháp bề mặt đáp ứng được áp dụng để xác định các điều kiện tối ưu, bao gồm nồng độ NaOH, tỷ lệ dung dịch/nguyên liệu và thời gian xử lý. Kết quả cho thấy quy trình này không chỉ tăng tỷ lệ collagen mà còn cải thiện độ tinh khiết của sản phẩm.

II. Tinh sạch collagen thủy phân

Tinh sạch collagen thủy phân là bước quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả ứng dụng của sản phẩm. Sau khi tách chiết, collagen được thủy phân bằng enzyme alcalase, cho độ thủy phân 23.92% và hiệu suất thu hồi nitơ 92.56%. Quy trình thủy phân được tối ưu hóa ở nhiệt độ 54.7°C, pH 8, nồng độ enzyme 0.034 AU/g trong 5.2 giờ. Dịch collagen sau thủy phân được phân đoạn bằng sắc ký lọc gel, tạo ra ba phân đoạn F1, F2 và F3 với khối lượng phân tử khác nhau. Các phân đoạn này có khả năng hòa tan cao (>97%) và hoạt tính chức năng đa dạng.

2.1. Thủy phân collagen bằng enzyme

Thủy phân collagen bằng enzyme alcalase được nghiên cứu để đạt hiệu quả cao nhất. Các điều kiện như nhiệt độ, pH, nồng độ enzyme và thời gian được tối ưu hóa. Kết quả cho thấy điều kiện tối ưu là 54.7°C, pH 8, nồng độ enzyme 0.034 AU/g trong 5.2 giờ, đạt độ thủy phân 24.51% và hiệu suất thu hồi nitơ 96.35%.

2.2. Phân đoạn collagen thủy phân

Phân đoạn collagen thủy phân được thực hiện bằng sắc ký lọc gel, tạo ra ba phân đoạn F1, F2 và F3 với khối lượng phân tử lần lượt là <416 Da, 416 Da – 1 kDa và 1 kDa – 5 kDa. Các phân đoạn này có khả năng hòa tan cao và hoạt tính chức năng đa dạng, phù hợp cho ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.

III. Ứng dụng collagen trong thực phẩm

Ứng dụng collagen trong thực phẩm là mục tiêu chính của nghiên cứu. Các phân đoạn collagen thủy phân được thử nghiệm trong sản xuất nước uống chanh dây và sữa chua. Phân đoạn SP1 được bổ sung vào nước uống chanh dây với tỷ lệ 0.1%, trong khi phân đoạn SP2 được thêm vào sữa chua với tỷ lệ 0.05%. Cả hai sản phẩm đều được đánh giá cao về chất lượng cảm quan, chứng tỏ tiềm năng ứng dụng rộng rãi của collagen thủy phân trong ngành công nghệ thực phẩm.

3.1. Ứng dụng trong nước uống chanh dây

Phân đoạn SP1 được bổ sung vào nước uống chanh dây với tỷ lệ 0.1%. Sản phẩm được đánh giá cao về hương vị và chất lượng cảm quan, chứng tỏ khả năng ứng dụng hiệu quả của collagen thủy phân trong sản xuất đồ uống.

3.2. Ứng dụng trong sữa chua

Phân đoạn SP2 được thêm vào sữa chua với tỷ lệ 0.05%. Sản phẩm có chất lượng cảm quan tốt, đáp ứng nhu cầu thị hiếu của người tiêu dùng, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sữa chua.

01/03/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tình hình khai thác và chế biến cá ngừ vây vàng 1. Tổng quan về cá ngừ vây vàng Cá ngừ vây vàng thuộc họ cá thu ngừ (Scombridae) có giá trị kinh tế quan trọng ở vùng biển nước ta (Hình 1. Cá ngừ vây vàng Nguồn: Bonnaterre, 1788 Phân loại khoa học theo Carl Linneaus của cá ngừ vây vàng: Giới (regnum): Animalia Ngành (phylum): Chordata Lớp (class): Actinopterygii Bộ (ordo): Perciformes Họ (familia): Scombridae Chi (genus): Thunnus Loài (species): T.

albacares Cá ngừ vây vàng có thân hình thoi dài, hơi dẹp bên. Cá có hai vây lưng rất gần nhau, sau vây lưng thứ hai có 8 – 10 vây phụ, sau vây hậu môn có 7 – 10 vây phụ. Ở cá thể trưởng thành, vây thứ hai và vây hậu môn rất dài, chiếm khoảng 20% chiều dài thân. Vây ngực dài đạt tới quá khởi điểm vây lưng thứ hai.

Thân phủ vảy rất nhỏ. Cuống đuôi thon, mỗi bên có một gờ cứng. Lưng màu xanh đậm ánh kim loại, bụng 5 màu vàng và ánh bạc, có khoảng 20 đường đứt đoạn chạy gần vuông góc với rìa bụng. Các vây có màu vàng tươi, vây phụ có viền đen hẹp.

Cá ngừ vây vàng phân bố nhiều ở vùng biển nhiệt đới và cận nhiệt đới Đại Tây Dương, Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương, Đông Phi, Ấn Độ, Sri Lanka, Australia, Indonesia, Malaysia, Philipin, Nhật Bản và Trung Quốc. Ở Việt Nam, cá phân bố chủ yếu ở vùng biển xa bờ miền Trung và Đông Nam Bộ. Cá ngừ vây vàng được khai thác quanh năm với kích thước khai thác từ 490 – 2000 mm (Thái Thanh Dương, 2001). Tình hình khai thác cá ngừ vây vàng Mùa vụ khai thác cá ngừ ở vùng biển Việt Nam gồm hai vụ, vụ chính bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 8, vụ phụ từ tháng 10 đến tháng 2 năm sau.

Cá ngừ thường tập trung thành đàn và di cư, trong đàn thường bao gồm các loài khác nhau. Nghề khai thác chủ yếu là lưới vây, rê, câu và đăng. Nghề câu vàng mới được du nhập từ năm 1990 đã nhanh chóng trở thành một nghề khai thác cá ngừ quan trọng. Theo báo cáo của tổng cục thủy sản năm 2015, tính đến tháng 12/2015 cả nước có 3040 tàu khai thác cá ngừ, trong đó nghề câu 2050 tàu, nghề lưới rê 296 tàu.

Sản lượng khai thác cá ngừ 11 tháng năm 2015 là 91356 tấn, trong đó cá ngừ vây vàng và mắt to đạt 17206 tấn, ước cả năm đạt 17500 tấn và cá ngừ vằn đạt 74150 tấn, ước cả năm đạt 80000 tấn. Báo cáo tại hội nghị Hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam (VASEP) năm 2016 cho biết tổng số tàu cá khai thác cá ngừ tại các tỉnh Bình Định, Phú Yên và Khánh Hòa là 2372 tàu, trong đó Bình Định: 1329 tàu, Phú Yên: 578 tàu; Khánh Hòa: 465 tàu. Tổng sản lượng cá ngừ khai thác của 3 tỉnh năm 2016 là: 92192 tấn; trong đó, Bình Định đạt 53860 tấn, Phú Yên đạt 10812 tấn và Khánh Hòa đạt 27520 tấn. Trong đó, cá ngừ mắt to và vây vàng là: 17542 tấn; cá ngừ vằn là 74650 tấn tăng 49,3% so với kế hoạch năm.

6 Trong năm 2015 và 2016, tàu khai thác cá ngừ, đặc biệt những tàu đóng mới, đã được trang bị hầm bảo quản bằng vật liệu thổi xốp PU (polyurethane), nhiều tàu lưới vây đã trang bị máy dò cá hiện đại nên năng suất khai thác cao hơn trước. Đặc biệt, nhiều tàu đã trang bị thiết bị làm ngất cá do một số đơn vị trong nước sản xuất khi thu hoạch nên chất lượng, giá cá đã được nâng cao hơn so với thời gian trước. Theo báo cáo của bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, trong 3 tháng đầu năm 2017, sản lượng khai thác cá ngừ đại dương của 3 tỉnh trọng điểm ước đạt 5846 tấn. Hiện nay, giá cá ngừ đại dương được thu mua tại cảng dao động ở mức 93000 – 110000 đồng/kg.

Tại Phú Yên sản lượng khai thác cá ngừ đại dương ước đạt 1500 tấn giảm 2,7% so với cùng kỳ 2016; Tại Bình Định đạt 3446 tấn, tăng 75% so với cùng kỳ (1970 tấn); tại Khánh Hòa sản lượng cá ngừ đại dương là 900 tấn, giảm 8% so với cùng kỳ (Đoàn Bộ và Nguyễn Hoàng Minh, 2013). Trong những năm gần đây nước ta đang khuyến khích và hỗ trợ vốn cho các ngư dân tham gia đánh bắt xa bờ với hơn 2000 tàu câu cá ngừ. Cá ngừ vây vàng và cá ngừ mắt to có trữ lượng trung bình trên 45 nghìn tấn, với sản lượng khai thác hàng năm từ 17. Sản lượng cá ngừ vây vàng được khai thác trong năm 2018 là 19,268 tấn.

Do ảnh hưởng của đại dịch Covid 19 sản lượng khai thác trong năm 2019 và 2020 có giảm nhưng sản lượng khai thác vẫn ở mức cao lần lượt 17. Cá ngừ vây vàng thường được khai thác trong 6 tháng từ tháng 12 đến tháng 6 năm sau (VASEP, 2020). Nghề khai thác cá ngừ vây vàng ở Việt Nam là một mắt xích quan trọng trong chuỗi cung ứng cá ngừ nhằm phục vụ nhu cầu đang tăng lên của cả thế giới. Hiện nay nước ta đã có hiệp hội cá ngừ Việt Nam được thành lập ngày 27/10/2010 nhằm mục đích hợp tác, liên kết, hỗ trợ lẫn nhau trong việc phát triển các hoạt động nghề nghiệp, nâng cao hiệu quả hoạt động và bảo vệ quyền lợi hợp pháp của các thành viên liên quan đến việc bảo vệ, đánh bắt, nuôi trồng, kinh doanh, chế biến nguồn cá ngừ trong phạm vi Việt Nam.

7 Theo Ban Thư ký Cộng đồng Thái Bình Dương (2014), phụ phẩm từ quy trình chế biến cá ngừ phi lê là 50% so với nguyên liệu, bao gồm 18% đầu cá, 14% da và thịt còn sót lại, 8% xương, 2% vây và 8% mang và nội tạng. Tổng số lượng cá ngừ trên thế giới là khoảng 4 triệu tấn. Trong đó 65% được khai thác ở Thái Bình Dương, 21% ở Ấn Độ Dương và 14% ở Đại Tây Dương. Trong đó cá ngừ vây vàng khoảng 30%, cá ngừ mắt to 10% và cá ngừ vây dài 5% (Joseph, 2003).

Collagen cấu thành 27,1% da cá ngừ vây vàng ở Hàn Quốc (Woo và ctv, 2008). Các số liệu trên cho thấy da cá ngừ vây vàng, sản phẩm phụ từ chế biến cá ngừ phi lê, là một nguồn collagen quan trọng, có khả năng thay thế nguồn collagen từ động vật trên cạn. Tình hình chế biến và xuất khẩu cá ngừ vây vàng Các sản phẩm cá ngừ của Việt Nam đã xuất sang được 86 thị trường, trong đó có các thị trường lớn như Mỹ, Nhật Bản, ASEAN, EU…, trong đó Mỹ là thị trường xuất khẩu cá ngừ số một của Việt Nam. Theo Hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam (VASEP, 2020), cá ngừ là một trong những sản phẩm hải sản xuất khẩu chủ lực của Việt Nam.

Từ 2015 đến 2019, giá trị xuất khẩu cá ngừ tăng gấp hơn 1,6 lần, từ 455 triệu USD lên hơn 719 triệu USD, tăng 58%. Tỷ trọng của cá ngừ trong tổng xuất khẩu hải sản của Việt Nam luôn duy trì ở mức từ 21-22%. Các loài cá ngừ xuất khẩu chủ yếu của Việt Nam gồm cá ngừ vây vàng, cá ngừ mắt to và cá ngừ vằn. Thống kê kim ngạch xuất khẩu cá ngừ Năm 2015 2016 2017 2018 2019 Kim ngạch xuất khẩu (triệu USD) 455 509 592 652 719 Nguồn: VASEP, 2020 8 Nguồn: VASEP, 2020 Hình 1.

Xuất khẩu cá ngừ Việt Nam, 2015-2019 Hiện nay cá ngừ vây vàng của Việt Nam chủ yếu được sản xuất dạng phi lê đông lạnh hoặc đóng hộp. Lượng phế liệu từ chế biến cá ngừ phi lê đông lạnh chiếm khoảng 50 – 60% khối lượng nguyên liệu, trong đó da cá chiếm khoảng 14%. Da cá hiện chủ yếu được bán phế liệu cho các cơ sở sản xuất thức ăn chăn nuôi với giá trị sử dụng thấp. Do đó, việc nâng cao giá trị sử dụng cho da cá ngừ vây vàng là một việc làm cấp thiết nhằm tăng doanh thu cho các cơ sở chế biến cá ngừ, nâng cao vị thế cá ngừ trong chuỗi cung ứng thủy hải sản và góp phần đa dạng hóa các sản phẩm từ cá ngừ thông qua việc sản xuất collagen thủy phân, một hợp chất có hoạt tính sinh học cao.

Tổng quan về collagen và collagen thủy phân 1. Tổng quan về collagen Collagen là một loại protein cấu trúc, chiếm khoảng 30% lượng protein trong cơ thể động vật. Nó được phân bố trong các bộ phận như da, cơ, gân, sụn, dây chằng xương và răng (Di Lullo và ctv, 2002). Có hơn 29 loại collagen đã được xác định trong các mô khác nhau; mỗi loại có trình tự amino acid và tính chất sinh lý khác nhau.

Trong số 29 loại này, collagen loại I là dạng phổ biến nhất (Hulmes, 2008). Collagen là chất giàu hydroxyproline, gồm ba chuỗi polypeptide xoắn vào nhau có đường kính khoảng 1,5nm và chiều dài 300nm (Jenkins và Raines, 2002). Mô hình cấu trúc của collagen được trình bày trong Hình 1. 9 Nguồn: Tang và ctv, 2017 Hình 1.

Cấu trúc collagen Theo Tang và ctv (2017), trong mô hình microfibril collagen, vùng khoảng cách và vùng chồng chéo phân phối xen kẽ dọc theo chiều dọc microfibril. Các vùng chồng chéo có năm phân tử collagen, trong khi các vùng khoảng cách chỉ có bốn phân tử collagen. Cấu trúc của collagen có một mô hình lặp đi lặp lại Gly-X-Y, trong đó X và Y có thể là bất kỳ axit amin nào, nhưng chủ yếu là proline và hyroxyproline (Silvipriya và ctv, 2015). Sợi collagen chiếm chủ yếu trong sợi dây chằng, ảnh hưởng đến khả năng nén ở các khớp sụn và tính linh động của mạch máu và da.

Nó được xem như là một chất keo dính các bộ phận trong cơ thể con người thành một khối hoàn chỉnh; nếu không có collagen, cơ thể người chỉ là các phần rời rạc. Điều này chứng tỏ tầm quan trọng của collagen với sự sống của con người (Buehler, 2006; Zylberberg và Laurin, 2011). Nguồn nguyên liệu truyền thống để sản xuất collagen là từ da, xương, chân và sụn của động vật trên cạn như bò, lợn và các loại gia cầm. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, sự bùng nổ về các bệnh bò điên, lở mồm long móng và cúm gia cầm đã ảnh hưởng tiêu cực đến thái độ sử dụng collagen của người tiêu dùng và các sản phẩm có nguồn gốc từ collagen.

Ngoài ra một số collagen thu nhận từ lợn và một số động vật khác không được giết mổ theo quy định của một số tôn giáo thì không được sử dụng trong một số sản phẩm của Kosher (luật Do Thái liên quan đến thực phẩm) hoặc Halal (luật Hồi Giáo về thực phẩm).

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tách chiết và tinh sạch collagen từ da cá ngừ vây vàng: Ứng dụng trong thực phẩm là một nghiên cứu chuyên sâu về quy trình chiết xuất và tinh chế collagen từ da cá ngừ vây vàng, một nguồn nguyên liệu giàu tiềm năng trong ngành thực phẩm. Collagen từ cá ngừ không chỉ mang lại giá trị dinh dưỡng cao mà còn có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm thực phẩm chức năng, thực phẩm bổ sung và mỹ phẩm. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn chi tiết về phương pháp tách chiết, đánh giá chất lượng collagen và các ứng dụng thực tiễn, giúp người đọc hiểu rõ hơn về giá trị của nguồn collagen từ biển.

Để mở rộng kiến thức về các phương pháp xử lý protein và ứng dụng trong thực phẩm, bạn có thể tham khảo Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm khảo sát thủy phân protein đậu nành bằng protease, nghiên cứu này tập trung vào quá trình thủy phân protein đậu nành, một phương pháp quan trọng trong công nghệ thực phẩm. Ngoài ra, Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm khảo sát hoạt tính liên kết sắt và đồng của dịch thủy phân protein từ phụ phẩm cá hồi cung cấp thêm góc nhìn về việc tận dụng phụ phẩm cá để tạo ra các sản phẩm giá trị cao. Cuối cùng, Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm thu nhận ficin ứng dụng trong chế biến thực phẩm sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về ứng dụng của enzyme trong công nghệ thực phẩm, một chủ đề liên quan mật thiết đến quá trình tách chiết và tinh chế.

Những tài liệu này không chỉ bổ sung kiến thức chuyên sâu mà còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu thú vị trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm.