Đề tài Tách Gelatin từ da cá Basa

- 1 - MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành nuơi trồng và chế biến thủy sản xuất khẩu ở nước ta, một lượng lớn các phế phụ phẩm bị thải ra như đầu, da, xương…lượng phế phụ phẩm này chưa được xử lý thích hợp dẫn đến ơ nhiễm mơi trường và gây lãng phí. Trong khi các phế phẩm ấy chính là nguyên liệu để sản xuất ra một chất keo sinh học cĩ nhiều ứng dụng quan trọng đĩ là Gelatin. Trong thực phẩm thì Gelatin tạo ra độ nhớt, độ đơng, độ chắc cho sản phẩm hoặc là một thực phẩm ăn kiêng rất tốt. Trong dược phẩm dùng làm vỏ nang bảo vệ thuốc. Gelatin cũng được dùng trong phim ảnh, mỹ phẩm và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: keo dán, mơi trường cho Vi sinh vật phát triển… Năm 1860 Gelatin từ da đã xuất hiện trên thị trường, nhưng sự hiểu biết về nĩ cịn rất hạn chế. Đến năm 1956 Gustarson đã tiến hành nghiên cứu các khả năng phản ứng của Collagen. Năm 1990, Trần Thị Luyến đã nghiên cứu 50 keo từ xương cá của một số lồi cá fillet. Những năm gần đây cĩ một số đề tài nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu keo từ da cá Basa như: Năm 2006, Trần Duy Phong đã nghiên cứu xử lý da cá bằng Na2CO3 để khử mỡ và điều chỉnh pH, nghiên cứu ảnh hưởng của pH trong nước nấu đến chất lượng gelatin và nghiên cứu ảnh hưởng của cơng đoạn cơ đặc và sấy lạnh đến chất lượng gelatin Nhận thấy nhu cầu rất lớn về Gelatin ở trên Thế Giới cũng như ở Việt Nam trong những năm gần đây, thêm vào đĩ nguồn nguyên liệu da và xương cá để sản xuất Gelatin ở nước ta khá dồi dào, ổn định, giá rẻ và cĩ tiềm năng phát triển nên chúng tơi chọn đề tài “Tách Gelatin từ da cá Basa” với mong muốn gĩp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho các ngư dân và nhà sản xuất cá ; đồng thời cũng gĩp phần vào việc giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường. * Mục tiêu - Xây dựng được quy trình sản xuất Gelatin từ da cá Basa - 2 - * Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích vật lý - Phương pháp phân tích định lượng - Phương pháp quy hoạch thực nghiệm * Nội dung nghiên cứu - Thu thập tài liệu, tìm hiểu về cấu tạo, tính chất, lợi ích của Gelatin; các phương pháp tách chiết Gelatin. - Tiến hành quá trình tách chiết, thu nhận sản phẩm - Phân tích hàm lượng Gelatin trong nguyên liệu và Gelatin dạng thơ. * Sản phẩm của đề tài : Gelatin dạng hạt - 3 - Chương 1: TỔNG QUAN - 4 - 1.1 TIỀM NĂNG SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ:[5][6] Đất nước Việt Nam cĩ lợi thế là cĩ bờ biển dài, nhiều sơng ngịi, ao hồ nên việc khai thác và nuơi trồng thủy sản đã mở ra một triển vọng lớn về việc cung cấp thủy sản cho nhu cầu đời sống nhân dân, cho xuất khẩu và phục vụ cho việc phát triển ngành nuơi trồng thủy sản. Trong các loại thủy sản xuất khẩu tại Việt Nam thì mặt hàng cá Tra, Basa và các sản phẩm chế biến từ chúng đang chiếm một số lượng lớn và đem về cho đất nước ta một nguồn ngoại tệ cao (gần 1 tỷ USD). Ngày nay, khi Việt Nam đã gia nhập tổ chức thương mại thế giới thì việc xuất khẩu các mặt hàng thủy sản sang các nước khác đã được mở rộng, đặc biệt là các mặt hàng cá Tra và Basa. Sản lượng thủy sản đánh bắt và nuơi trồng cá Tra và Basa cũng tăng lên theo đặc biệt là ở khu vực đồng bằng sơng Cửu Long. Do đĩ khai thác và sử dụng tốt nguồn lợi thủy sản để phục vụ cho lồi người là một vấn đề cực kỳ quan trọng. Tuy nhiên trong quá trình chế biến cá ta chỉ thu được 30 % thịt cịn lại 70 % phụ phẩm. Lượng phế phẩm này thường bị thải bỏ, dùng làm thức ăn cho gia súc, làm phân bĩn hoặc xuất khẩu sang các nước khác. Hiện nay trên thế giới nhu cầu sử dụng Gelatin ngày càng lớn. Các quốc gia sản xuất Gelatin hàng đầu là Mỹ (khoảng 31000 tấn hàng năm), kế đến là Pháp, Đức, Anh, Nhật Bản. Các ngành tiêu thụ chủ yếu: cơng nghệ thực phẩm, cơng nghệ dược phẩm, cơng nghiệp phim ảnh, cơng nghệ sản xuất mỹ phẩm. Gelatin sử dụng trên thế giới thường được sản xuất từ nguyên liệu là xương bị, da heo nhưng những năm gần đây sự bùng nổ bệnh bị điên, bệnh heo tai xanh nên dẫn đến việc sử dụng Gelatin tách chiết từ xương bị, da heo bị hạn chế. Chính vì thế sản lượng Gelatin trên thế giới giảm dần. Nhu cầu sử dụng lớn, nguồn nguyên liệu bị hạn chế. Trước tình hình đĩ sự ra đời của Gelatin từ da cá là bước ngoặt lớn, nĩ khơng những giải quyết được tất cả các vấn đề khĩ khăn ở trên mà cịn gĩp phần tăng lợi ích kinh tế và cịn giảm bớt một lượng lớn phế thải trong ngành thủy sản đã gây ơ nhiễm mơi trường. Như vậy việc sản xuất Gelatin từ da cá khơng những gĩp phần làm giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường mà cịn tạo ra sản phẩm mới cĩ giá trị .Đây là một triển vọng lớn cho những quốc gia cĩ ngành thủy sản phát triển. - 5 - 1.2. GIỚI THIỆU VỀ COLLAGEN [3][4][7][9][10][11] 1.2.1. Collagen Collagen là một loại protein rất đặc biệt. Cấu trúc của nĩ 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 cĩ: prolin, glicin, hydroxyprolin và hydroxygilicin. Hai hợp chất cuối khơng thấy trong bất kỳ loại protein nào khác. 1.2.1.1 Cấu tạo của collagen Collagen là một loại protein tương đối đơn giãn, gồm cĩ ba chuỗi amino acid riêng biệt xoắn lại với nhau giống như một sợi dây thừng. Mỗi sợi collagen được tạo nên từ hang nghìn amino acid, chủ yếu là hai loại acid amin: glycin và prolin. Đơn vị cấu trúc của nĩ là tropocollagen bao gồm 3 mạch polypeptide bện vào nhau thành một dây cáp siêu xoắn (vì mỗi mạch đơn cĩ cấu trúc xoắn, chiều cao của mỗi gốc xoắn trên trục siêu xoắn này là 2,9 Å, một vịng 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 đĩ 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 cĩ liên kết – NH – và = O của glycine và alanine của chuỗi này sẽ liên kết với nhĩm –NH – và = O của chuỗi kia ở vị trí tương ứng bằng liên kết hydro. Cứ 3 chuỗi Hình 1.1 Cấu trúc collagen - 6 - polypeptid sẽ xoắn ốc lại với nhau tạo thành một chuỗi lớn hơn, đĩ chính là sợi colagen rất rắn chắc trong mơ sống của động vật. 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 mơ hình phổ biến là Gly-X-Pro hoặc Gly-X-Hyp, trong đĩ X cĩ thể là một phân tử acid amin bất kỳ: Gly-Pro-Hyp là mơ hình xuất hiện nhiều nhất Vì thế, gelatin được thu nhận từ colagen là một mạng lưới phân tử cĩ tính đàn hồi nối với nhau bởi liên kết hydro Bảng 1.1: So sánh thành phần amino acid của phân tử protein cĩ khối lượng 10 000 ĐVC Collagen Casein Albumin Wool Glycine 363 30 19 87 Alanine 107 43 35 46 Valine 29 54 28 40 Leucine 28 60 32 86 Isoleucine 15 49 25 - Serine 32 60 36 95 Threonine 19 41 16 54 Cystine - 2 1 49 Methionine 5 17 16 5 Aspartic acid 47 63 32 54 Glutamic acid 77 153 52 96 Lysine 31 61 20 19 - 7 - Hydroxylysine 7 - - - Arginine 49 25 15 60 Histidine 5 19 7 7 Phenylanine 15 28 21 23 Tyrosine 5 45 9 26 Trytophan - 8 3 9 Proline 131 65 14 83 Hydroproline 107 - - - 1.2.1.2 Tính chất của colagen: ™ Tính chất vật lý Collagen là một protein khơng tan trong nước, nhưng cĩ khả năng giãn nở nhẹ. Tỉ lệ giãn nở cĩ giới hạn co giãn khoảng 7% cho sợi ướt và 5% cho sợi khơ. Ở 600C 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 nĩ. Và nếu tiếp tục đun Collagen sẽ tiếp tục thủy phân thành Gelatin ™ Tính chất hĩa học Collagen là chất duy nhất cĩ thể chuyển thành gelatin khi đun sơi với nước nĩng, đĩ là kết quả của sự mở vịng 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, trong khi đĩ Gelatin dễ bị phân hủy hơn Collagen khi thêm cồn, muối hoặc aceton đặc biệt là heparin thì chung cĩ sợi dày và kết tủa lại Collagen tan trong glycerin, acid acetid, ure nhưng khơng tan trong nước lạnh - 8 - 1.2.1.2 Chức năng của collagen Protein collagen đĩng vai trị là giá đỡ cho các mơ, các cơ quan và liên kết các cấu trúc này với xương. Collagen cũng cĩ trong cấu trúc của da. Nĩ tiêu biểu cho sự khỏe mạnh và độ bền của da, thể hiện qua sự trơn láng, đầy đặn của da khi cịn trẻ. Cấu trúc siêu xoắn bộ ba đã làm cho Collagen cĩ sức căng mạnh hơn cả thép. Sự mất cấu trúc 3-D cũng cĩ nghĩa là mất đi sự giúp đỡ của khung sườn của da. Collagen này cĩ nhiều trong các mơ liên kết ở da cá. Tương tự như sợi collagen trong động vật cĩ vú, các sợi Collagen ở các mơ của cá cũng tạo nên cấu trúc mạng lưới mỏng với mức độ phức tạp khác nhau. Tuy nhiên, Collagen ở cá kém bền nhiệt hơn nhiều và ít cĩ các liên kết chéo hơn nhưng nhạy cảm hơn Collagen ở động vật máu nĩng cĩ xương sống. (Phan Thị Thanh Quế. 2005) Collagen là loại protein phổ biến nhất trong cơ thể (chiếm khoảng 1/4 tổng lượng protein), là protein chính của mơ liên kết, là một trong các thành phần chính của da, cơ vân, sụn, dây chằng, gân, xương và răng; đĩng vai trị quan trọng trong việc phát triển các mơ trong cơ thể và củng cố thành mạch; tồn tại trong giác mạc và thuỷ tinh thể của mắt dưới dạng kết tinh. Lớp bì, lớp đệm trong cùng của da chứa rất nhiều Collagen, mà chính các sợi Collagen này tạo ra một hệ thống nâng đỡ, hỗ trợ cho các đặc tính cơ học của da như sức căng, độ đàn hồi, duy trì độ ẩm… 1.2.1.3 Ứng dụng của collagen Ngày nay Collagen được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực đặc biệt là lĩnh vực y học và trong các ngành khoa học khác. Ví dụ như các sản phẩm bơng gạc làm từ Collagen của Tập đồn Suwelack sẽ giúp các vết thương nhanh lên da non và mau lành sẹo, các mỹ phẩm giúp làm đẹp da mặt cho phụ nữ, v.v... 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến collagen: 1.2.2.1 Ảnh hưởng của khơng khí Ở các độ tuổi khác nhau, trong cơ thể sống hay trong ống nghiệm, khơng khí cĩ một vai trị quan trọng trong sự thay đổi cấu trúc hĩa học của Collagen (Sobel và Hansen, 1989). Sự oxy hĩa sẽ làm thay đổi cấu trúc phân tử của các protein, nguyên nhân là do sự thay đổi về mặt hĩa học và các liên kết của vài amino acid đã vượt quá thời gian. - 9 - 1.2.2.2 Ảnh hưởng của nước Nước ảnh hưởng đến Collagen theo những con đường khác. Nĩ giữ vai trị trực tiếp trong các biến đổi hĩa học của Collagen thơng qua sự thủy phân, sự hydrat hĩa của các gốc tự do, sự ổn định của các liên kết hydro, và tỉ lệ của sự hình thành Gelatin. Bowes và Raistrick (1967) đã nghiên cứu ảnh hưởng của mối liên hệ của độ ẩm và pH lên phạm vi suy giảm thủy phân của Collagen bằng sự phĩng thích nitơ cịn dư ở giai đoạn cuối. Ở 400C trong tám tuần, sự thủy phân Collagen tăng lên với sự tăng độ ẩm (từ 40% lên 80%) và giảm pH (từ 5,0 xuống 2,5). Họ kết luận rằng khi sự suy giảm thủy phân càng tiến xa, thì sự biến tính sẽ kéo theo và lần lượt tăng lên hơn là sự hoạt động thủy phân. 1.2.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ Đo lường ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hư hỏng của Collagen bị giới hạn bởi vì cĩ sự hao hụt nhiệt độ ở tại hoặc trên nhiệt độ đo lường đưa ra những kết quả khơng đáng tin cậy (Bowes và Raistrick, 1964). Mối quan tâm đặc biệt là collagen bị hư hỏng về mặt vật lý và hĩa học sẽ bị hư hỏng ở tỉ lệ nhanh hơn, nhưng điều này đã khơng được chứng minh và là một nội dung cho việc nghiên cứu sâu hơn. Tính tồn vẹn về mặt vật lý và hĩa học của Collagen cĩ thể được biểu thị qua sự ổn định thủy nhiệt, cả khi giảm nhiệt độ sai lệch đối với các sợi đã bị hư hỏng 1.3 GELATIN: [3][7][12][13] 1.3.1 Định nghĩa: Gelatin là một protein tinh sạch dùng trong thực phẩm, thu nhận từ sự biến tính nhiệt phân Collagen cĩ trong da, xương, mơ liên kết của động vật, là một loại protein phổ biến trong giới động vật. Gelatin hịa tan khi đun nĩng (khoảng 40oC) và cơ đặc khi làm lạnh, cùng với nước ở điều kiện bình thường cĩ dạng sệt. Theo Hofmeister: Gelatin là sản phẩm của sự thủy phân Collagen bởi nhiệt: C102H149N31O38 + H2O Ỵ C102H151N31O39 1.3.2 Tính chất của Gelatin: 1.3.2.1 Cấu trúc Gelatin: - 10 - Gelatin là một protein tạo bởi axit amin sắp xếp trên một chuỗi đường thẳng và được liên kết bởi sự kết hợp của hai hay nhiều axit amin, là hỗn hợp dị hể các sợi polypeptid sợi đơn và sợi đa, mỗi sợi cĩ cấu hình proline xoắn ốc bên trái, chứa từ 300 – 400 amino acid. Hình 1.2 Cấu trúc Gelatin Cấu trúc của Gelatin được hình thành từ sự liên kết của 18 loại amino acid khác nhau, liên kết theo một trạt tự nhất định, tuần hồn. Gelatin chứa một lượng lớn glycine, proline và 4- hydroxyproline. Cấu trúc hĩa học cơ bản là –Ala-Gly- Pro-Arg-Gly-4Hyp-Gly-Pro. Hình 1.3: Cấu trúc hĩa học phân tử Gelatin Hầu hết Gelatin thương mại cĩ khối lượng phân tử từ 15000 đến 250000 đvc, thường thì Gelatin cĩ khối lượng phân tử từ 50000 đến 70000 đvc. Gelatin cũng giống như những phân tử protein khác, thành cấu trúc chính của Gelatin là chuỗi polypeptid lớn và phức tạp với thành phần amino acid giống như - 11 - Collagen.Cĩ 18 loại amino aicd khác nhau: Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine, Serine, Threaonine, Methionine, Aspartic acid, Glutamic acid, Lysine, Huydroxylysine, Arginine, Histidine, Phenylalanne, Tytrosine, Prolin, Hydroxylproline. Phân tử Gelatin hướng các nhĩm hoạt động ra ngồi mơi trường. Các nhĩm như : Carboxyl, Imidazol, Amino, Guadino cĩ thể ion hĩa trong nước. Các nhĩm khơng mang điện là các nhĩm Hydroxyl (Serine, Threomin, hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine ) và các nhĩm peptide (-CO-NH-) quy định khả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử. Bảng 1.2: Các thành phần trong gelatin. Độ ẩm (%) Protein (%) Béo (%) Cacbohydrat (%) Fiber (%) Tro (%) 8 - 16 85 - 90 0 0 0 ≤ 2,0 Với các thành phần trên thì tỷ lệ phần trăm các nguyên tố cĩ trong gelatin Bảng 1.3: Tỷ lệ phần trăm các nguyên tố cĩ trong gelatin Thủy phân hồn tồn gelatin sẽ thu được hỗn hợp 18 amino acid với tỷ lệ các loại acid amin này cĩ thể thay đổi tùy theo nguyên liệu tách chiết gelatin và quá trình chế biến gelatin. Tuy nhiên, ta vẫn cĩ giá trị tương đối chính xác như sau: Nguyên tố Tỷ lệ % C 48,7 – 51,5 H 6,5 – 7,2 N 17,5 – 18,8 O 24,2 – 26,2 S 0,3 – 0,7 - 12 - Hình 1.4: Tỷ lệ (%) các loại acid amin trong gelatin THE AMINO ACID COMPOSITION OF GELATIN aspatic, 6% arginine, 7.8%Alanine, 9% glutamic acid, 10% glycine, 21.4% other amino acids, 21.5% proline and hydroxyproli ne, 24.3% Bảng 1.5 : So sánh tỷ lệ các loại acid amin trong gelatin cá và gelatin từ gia súc (dê) Amino acid Gelatin cá Gelatin dê Alanine Arginine Aspartic acid 124 55 37 114 51 45 Crysteine Glutamic acid Glycine -- 77 334 -- 71 325 Hydroxylysine Isoleucine Histidine 54 10 9 86 11 5 Leucine Methionine Lysine 20 13 25 25 6 34 - 13 - 1.3.2.2 Tính chất của gelatin[7][8] 1.3.2.2.1 Tính chất vật lý Gelatin thương mại ở dạng tinh khiết, khơ,khơng mùi, khơng vị, cứng, giịn, màu vàng rất nhạt đến hổ phách, trong suốt, cĩ độ ẩm từ 9-12% và tỉ trọng 1,3-1,4. Gelatin là một thực phẩm, khơng phải là phụ gia thực phẩm nên khơng cĩ giới hạn sử dụng. Tính chất gelatin phụ thuộc vào pH, nguyên liệu thu nhận, nhiệt độ, nồng độ, thời gian và phương pháp chế biến. Gelatin là một chất keo sinh học được ứng đụng nhiều trong sản xuất keo. 1.3.2.2.2. Tính chất hĩa học a, Tính chất gel- độ bền gel Là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đơng. Nĩ được đặc trưng bằng độ Bloom. Theo định nghĩa, độ Bloom là khối lượng tính bằng gam cần thiết tác dụng lên bề mặt gel tạo bởi ống cĩ đường kính 14,7mm để khối gel lún xuống 4mm. Khối gel cĩ hàm lượng gelatin là 6,67%, được giữ ở 100C trong 16-18h. Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ gelatin và khả năng hình thành gel. Gelatin cĩ khả năng hình thành và ổn định liên kết hydro với phân tử nước để hình thành dạng cấu trúc gel ổn định 3 chiều. Gelatin thu từ động vật cĩ Bloom cao hơn và ổn định hơn từ cá. Bảng 1.6 : Bảng so sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật Gelatin cá Gelatin động vật - Khối lượng phân tử nhỏ - Mạch polypeptid ngắn - Độ Bloom thấp - Nhiệt độ tạo gel thấp (8-100C) - Hàm lượng proline và hydroxyproline thấp - Khối lượng phân tử lớn - Mạch polypeptid dài - Độ Bloom cao - Nhiệt độ tạo gel cao (30- 350C) - Hàm lượng proline và hydroxyproline cao - 14 - b, Độ nhớt: Độ nhớt cũng quan trọng như khả năng tạo gel và cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, lẫn nồng độ. Độ nhớt tỉ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ. Dưới 200C, dung dịch sẽ tồn tại ở dạng gel ( ngoại trừ nồng độ quá thấp). Trong khoảng 20-350C, dung dịch vừa tồn tại ở dạng gel vừa tồn tại ở dạng dung dịch nhớt hoặc ở dạng chất lỏng cĩ độ nhớt khơng ổ định. Trên 350C, các phân tử gelatin trở nên rời rạc, cho dù cĩ tăng nồng độ gelatin trong dung dịch thì chúng vẫn khơng liên kết với nhau. c, Tính lưỡng tính Gelatin là một protein điển hình, cĩ khả năng hoạt động như một acid hay một base. Tính chất lưỡng tính là do các nhĩm cacboxyl (- COOH) thể hiện tính acid, và nhĩm amin ( -NH2) thể hiện tính kiềm được tạo ra trong suốt quá trình thủy phân. Một cách tổng quát gelatin tồn tại trong dung dịch dưới dạng lưỡng cực +NH3 - CH2-COO-, thường được gọi là ion “Zwitter” Do vậy, gelatin là một protein điện ly lưỡng tính: - Trong mơi trường acid, sự phân ly của nhĩm acid bị kìm hãm, gelatin tác dụng như một bazo, tích điện “ + “ (Cation), chuyển về cực “ –“, trong điện trường. - Ngược lại trong mơi trường kiềm sự phân ly của nhĩm bazơ bị kìm hãm, gelatin tác dụng như một acid, tích điện “ –“ ( Anion) và chuyể về cực “ + “ trong điện trường. Tính lưỡng tính được xác định dễ dàng khi cho phản ứng với acid hay bazơ. d, Điểm đẳng điện Phân tử gelatin tích điện trong dung dịch kiềm hay acid, chúng sẽ di chuyển trong điện trường. Ở pH = 2 tất cả các nhĩm cacboxyl khơng tích điện, phân tử gelatin mang điện tích dương cực đại ( do điện tích nhĩm amino và guanidino). Khi pH tăng các nhĩm cacboxyl bắt đầu tích điện và ở pH = 6,5 tất cả các caboxyl tích điên âm. Điên tích của phân tử ảnh hưởng đến tính chất của gelatin. - 15 - Ở pH mà khơng cĩ sự di chuyển xảy ra gọi là điểm đẳng điện và tại pH này, dung dịch gelatin kém bền nhất, dễ tủa, cĩ hàm lượng tối đa các phân tử protein khơng tích điện. Nĩ được xác định một cách dễ dàng bởi hỗn hợp trao đổi ion resin và được biểu hiện bởi đơn vị pH. Tính lưỡng tính và điển đẳng điện của gelatin loại A nằm trong khoảng pH = 8-9 và phụ thuộc vào thời gian xử lý. Trong khi đĩ, gelatin lọai B cĩ điểm đẳng điện là 5,2 sau 4 tuần ngâm với nước vơi và giá trị này sẽ được giảm dần xuống 4,8 nếu thời gian ngâm kéo dài hơn 4 tuần. Ngồi ra, điểm đẳng điện cịn phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch. Điểm đẳng điện cĩ thể xác định ở giá trị pH mà tại đĩ gelatin cĩ độ cực đại. e, Tính hịa tan của gelatin: Gelatin tan một phần trong nước. Gelatin khơ sẽ phồng lên hay ngậm nước khi khuấy ở trong nước ( hỗn hợp khơng chứa quá 34% gelatn). Ở nhiệt độ 400C gelatin và với thời gian là 30 phút, gelatin sẽ hịa tan hồn tồn tạo thành dung dịch đồng nhất. Mức độ hịa tan của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và kích thước phân tử. Gelatin tan trong các dung mơi polyhydric alcohols như: glycerol, propylene, glycol, sorbitol…những dung mơi này sữ dụng để làm giảm độ cứng của các tấm gelatin phim. Gelatin khơng tan trong alcohols, acetone, cacbon tetrachloride, benzen, petroleum và hầu hết trong các dung mơi hữu cơ khơng phân cực. f, Tính ổn định gelatin Gelatin khơ được bảo quản trong điều kiện kín ở nhiệt độ phịng cĩ thể bảo quản trong nhiều năm. Tính ổn định của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ và pH. Sự giảm độ bền gel và độ nhớt theo thời gian cĩ thể hạn chế nếu giữ gelatin trong giới hạn pH từ 5-7 và nhiệt độ thấp. - 16 - Duy trì tính ổn định là chức năng của pH và các chất điện giải trong dungđịch gelatin và nĩ sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Dung dịch hoặc gel gelatin cĩ tính mẫn cảm với vi khuẩn và các enzym phân hủy protein. h, Tính trương phồng Đặc tính trương phồng của gelatin khơng những quan trọng trong sự savon hĩa mà cịn trong quá trình sản xuất phim ảnh và sự hịa tan của bao con nhộng trong dược phẩm. Trong gelatin, những liên kết ngang được cho rằng cĩ liên quan đến sự ảnh hưởng đến nhau giữa các chuỗi và điều này làm giảm sự trương phồng. Sự ổn định những liên kết ngang phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, thời gian và chất điện giải. Sự ảnh hưởng của pH và chất điện giải đến sự trương phồng được giải thích bởi thuyết cân bằng của Donnan khi xử lý gelatin như một màng bán thấm. Điều này đã giải thích tại sao gelatin biểu hiện độ trương phồng thấp nhất ở điểm đẳng điện của chúng Các chất điện giải ảnh hưởng đến sự trương phồng của gelatin được sắp xếp theo trật tự của Hofmeister như sau: Ba2+, Ca2+, Mg2+, Cs+, Rb+, NH4+, K+, Na+,Li+, SO42-, CH3COO-, Cl-, Br-, NO3-, I-, SCN-. Tại pH thấp hơn điểm đẳng điện, các anion sẽ ảnh hưởng đến sự phồng, trong khi ở pH cao hơn pH của điển đẳng điện, thì cation đĩng vai trị làm giảm sự phồng. Các anion sẽ phá vỡ sự liên kết hydro vốn là nhân tố làm gia tăng sự phồng i, Tính đơng đặc Gelatin cĩ tính chất hình thành gel- dung dịch thuận nghịch. Nhiệt độ đơng đặc phụ thuộc vào hàm lượng proline và hydroproline. Gelatin cĩ nguồn gốc từ gia súc cĩ nhiệt độ tạo gel cao 30-350C Gelatin da cá, hàm lượng proline và hydroproline thấp cĩ nhiệt độ tạo gel thấp 8-100C 1.2.4 Phân loại gelatin [8][14] - 17 - Cĩ 3 loại gelatin : phụ thuộc vào sự cĩ hay khơng cĩ bước xử lý với kiềm, chất sẽ làm biến đổi asparagine và glutamine thành acid asparagic và acid glutamic và kết quả là sản phẩm cĩ độ nhớt cao hơn. 1.2.4.1 Gelatin loại A: Nguyên liệu: Từ da heo, da cá và thỉnh thoảng từ xương, phân tử collagen đơn giản. Nguyên liệu được tách chiết với acid, thường ở pH = 4. Quy trình: Gelatin được sản xuất bởi quy trình này cĩ điểm đẳng điện từ 7-9. 1.2.4.2 Gelatin loại B: Nguyên liệu: thường được sử dụng là da bị hoặc da động vật già bị giết mổ, phân tử Collagen phức tạp hơn. Nguyên liệu được xử lý với kiềm. Khi thủy phân asparagine và glutamine tạo thành acid asparagic và acid glutamic tương đối nhanh chĩng. Nguyên liệu Rửa sạch Ngâm với acid Đun nĩng ở 500C Thu nhận gelatin Lọc - 18 - Quy trình: Gelatin được sản xuất theo quy trình này cĩ điểm đẳng điện từ 4,8-5,2 1.2.4.3 Hỗn hợp gelatin loại A và B: Chất lượng sản phẩm tốt như là Gelatin được sản xuất bởi hai quy trình trên nhưng cĩ điểm đẳng điện nằm bên ngồi giới hạn. Bảng 1.7: Sự khác biệt cơ bản giữa 2 loại gelatin Loại A Loại B pH 3,8 – 5,5 5,0 – 7,5 Điểm đẳng điện 7,0 – 9,0 4,7 – 6,0 Boom gel 50 – 300 50 – 300 Độ tro (%) 0,3 - 2,0 0,5 – 2,0 1.2.5 Ứng dụng của gelatin:[8][12] Gelatin được đánh giá là một chất keo sinh học quan trọng cĩ khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, dược phẩm, phim ảnh Rửa sạch Xử lý với kiềm Lọc Nấu ở 500C Xử lý với acid Nguyên liệu Dịch gelatin - 19 - Tùy theo sản phẩm thu nhận được cĩ độ Bloom như thế nào mà ta cĩ những ứng dụng riêng biệt trên các sản phẩm khác nhau 1.2.5.1 Gelatin trong thực phẩm : Trong thực phẩm ngày nay, dựa vào tính chất tan chảy ở nhiệt độ cao và đơng đặc ở nhiệt độ thấp người ta ứng dụng trong thực phẩm đơng lạnh. Lúc này Gelatin đĩng vai trị là một chất keo bảo vệ ngăn chặn sự kết tinh của đường Trong kem và phomát mềm, gelatin ngăn chặn sự mất nước. Ngồi ra trong sản phẩm bơ sữa gelatin đĩng vai trị quan trọng trong việc tạo độ mịn, độ sánh cho sản phẩm. Trong kẹo dẻo, gelatin cung cấp cho sản phẩm độ dẻo và dai. Trong thơng kê nếu trong kẹo dẻo cĩ chứa 1,7-2,5% gelatin giúp ngăn chặn sự kết tinh đường, vì vậy cĩ thể giữ cho kẹo mềm và dẻo hơn. Các sản phẩm như vỏ kẹo cĩ chứa 0,5-1% gelatin với vai trị làm giảm sự tan chảy Hình 1.5: Các thực phẩm cĩ chứa gelatin Trong cơng nghiệp sản xuất keo mứt, gelatin sử dụng làm chất tạo gel, tạo xốp, làm chậm quá trình tan kẹo trong miệng với tỉ lệ 2-7%. Trong các sản phẩm như thịt hộp, thịt nguội… Gelatin chiếm từ 1-5% giúp giữ hương vị tự nhiên của sản phẩm. Hình 1.6: Thực phẩm cĩ chứa gelatin Do Gelatin tan trong miệng tạo cảm giác ngon miệng nên được sử dụng làm chất thay thế chất béo. Gelatin thiếu tryptophan, ít methionine, nhiều lysine, nhưng khi kết hợp với các nguồn cung cấp protein khác cũng thành protein tốt. - 20 - Trong cơng nghiệp sản xuất rượu bia và nước hoa quả, Gelatin sử dụng làm chất làm trong với tỉ lệ 0,002-0,15%. Gelatin cĩ khả năng hấp thụ nước gấp 5-10 lần thể tích của nĩ nên được sử dụng trong cơng nghiệp sản xuất đồ hộp để tránh hiện tượng rỉ nước Khả năng ứng dụng của gelatin trong thực phẩm tùy theo độ Bloom được minh họa như sau: Bảng 1.8: Khả năng ứng dụng Gelatin dựa vào độ Bloom 1.2.5.2 Gelatin trong dược phẩm: Gelatin được sử dụng trong sản xuất bao con nhộng cứng hay mềm. Nĩ cĩ tác dụng bảo vệ thuốc chống những tác nhân cĩ hại như ánh sáng và oxi. Thành phần chính của vỏ là Geltin và các tá dược khác như: glycerol hay sorbitol, những chất hoạt động bề mặt, chất màu cho phép, hương liệu….Gelatin cĩ mặt trong hai loại nang. 1.2.5.2.1 Nang mềm: Gelatin cĩ độ Bloom thấp, loại A (150-200g), loại B(125-175g), hay hỗn hợp A và B. Thường viên bi, cĩ hình trứng, hình trụ, hình giọt, hình hạt đâu, dung lượng 0,1-0,5g chứa dịch lỏng sánh. Loại thực phẩm Mức độ sử dụng Bloom Sản phẩm từ sữa 0,2 - 1,0% 150 - 250 Thực phẩm đơng lạnh 0,1 - 0,5% 225 - 250 Kẹo dẻo 1,7 - 2,5% 225 - 275 Vỏ kẹo 0,5 - 1,0% 50 - 100 Bánh xốp 0,5 - 1,0% 50 - 100 Sản phẩm từ thịt 1,0 - 5,0% 175 - 275 Rượu, bia, nước trái cây 0,02 - 0,15% 100 - 200 - 21 - Hình 1.7: Những nang thuốc cĩ chứa gelatin Quá trình sản xuất địi hỏi kỹ thuật cao để sản xuất các nang vỏ cĩ độ dày đồng nhất. 1.2.5.2.2 Nang cứng: Gelatin cĩ độ Bloom từ vừa đến cao, loại A(240-300g), loại B(200-250g) hay cĩ sự kết hợp giữa A và B. Gồm hai mảnh lồng khít vào nhau, hình con nhộng, thành mỏng, kích cỡ 1/40mm, chế tạo bằng máy với quy mơ lớn, đựng chất rắn đả nghiền thành bột Ỵ Viên thuốc với vỏ bao gelatin đảm bảo cho bệnh nhân cĩ thể nuốt viên thuốc một cách dễ dàng. Trong khi việc xử lý khẩn cấp tình trạng giản nở mạch máu, gelatin thường được sử dụng để thay thế lượng máu mất đi, từ đĩ sự hồn trả lượng máu của bệnh nhân sẽ được cân bằng. Hình 1.8: Những nang thuốc cĩ chứa gelatin - 22 - Việc sử dụng glycerinated gelatin làm thuốc đạn cho thấy những thuận lợi hơn hẳn việc sữ dụng carbowax hay mỡ từ cây ca cao. Gelatin cịn được sữ dụng để làm ra các gạc vơ trùng sữ dụng trong giải phẩu… Bảng 1.8: Khả năng ứng dụng của gelatin trong dược phẩm tùy theo độ Bloom Bloom của gelatin loại A Bloom của gelatin oại B Vỏ nang cứng 240 - 300 200 - 250 Vỏ nang mềm 150 - 200 125 - 175 Tablet gelatin 75 - 150 75 - 150 1.2.5.3 Gelatin trong kỹ thuật phim ảnh Nguyên liệu chụp ảnh chứa nhiều lớp gelatin được bao phủ lên phim hoặc giấy. Gelatin vận dụng hơn một trăm năm nay như là chất kết dính, chức năng của gelatin hữu ích trong việc sản xuất phim ảnh. Gelatin khi mảnh cĩ độ trương phồng cao và nhất là kết dính nhạy sáng giống như tinh thể bạc với hỗn hợp halogen. Nĩ là cơ sở của phim và giấy được sữ dụng cho kỹ thuật nhiếp ảnh chuyên và khơng chuyên, chiếu bĩng, chiếu tia X - 23 - Hình 1.9: Các phim ảnh cĩ chứa gelatin Ngày nay trong kỹ thuật in thạch bản, dichromate gelatin nhạy sáng được sử dụng.ánh sáng giúp cố định các liên kết của gelatin với sự hiện diện của dichromate và điều này được ứng dụng trong kỹ thuật in nổi. Chức năng của gelatin trong kỹ nghệ phim ảnh: Là gắn kết các phân tử bạc bromua nhạy sáng. Sự cĩ mặt của gelatin là rất cần thiết trong quá trình sản xuất nhũ. Nhũ gelatin cĩ vai trị quyết định bởi vì nĩ diều khiển quá trình tạo tinh thể của các halogen bạc, độ nhạy hĩa học của ảnh ẩn và rất nhiều các nhân tố khác ảnh hưởng đến phim ảnh. Gelatin sữ dụng làm phim phải cĩ độ Bloom cao (250-310g). Gelatin cá thường cĩ độ Bloom thấp nên ít được sữ dụng trong lĩnh vực này. 1.2.3.4 Gelatin sữ dụng làm chất keo: Trong cơng nghiệp, gelatin được sữ dụng làm keo dán, dùng để dán nhiều loai vật liệu khác nhau như: keo dán thủy tinh, sứ, gỗ, plastic, kim loai, giấy,… 1.2.3.5 Gelatin giúp cho người bệnh về xương và viêm khớp mãn tính Gelatin thiên nhiên cĩ chức năng quan trọng trong việc cung cấp cho cơ thể người những aminoacid đặc biệt là glycine và proline. Vì vậy, Gelatin cĩ tác động ngăn ngừa và tái sinh lên bộ xương, đặc biệt là hệ thống vận động: xương, sụn, gân, dây chằng. Kiểm tra người mắc bệnh viêm khớp được cho dùng geltin thì cĩ hiệu quả tốt trên xương. - 24 - 1.2.3.6 Gelatin một thực phẩm tốt cho chế độ ăn kiêng Gelatin là nguồn thực phẩm giàu protein, khơng cholesterol, khơng đường, khơng béo, Nĩ dễ tiêu hĩa và được phá hủy hồn tồn trong cơ thể người mà hiếm xảy ra dị ứng. Nhờ vào những tính chất đặc biệt đĩ mà Gelatin chiếm vị trí quan trọng trong bữa ăn. Hơn nữa, Gelatin cịn cĩ tác dụng làm giảm lượng muối trong máu. Gelatin cũng đĩng vai trị quan trọng trong việc giảm cân nhờ khả năng tạo gel hĩa. Nĩ cĩ thể thay thế ở một mức độ nào đĩ cho các sản phẩm cĩ hàm lượng chất béo cao. 1.2.3.7 Gelatin ứng dụng trong nghiên cứu khoa học: Gelatin là mơi trường rất tốt cho vi sinh vật phát triển, nên được ứng dụng trong nghiên cứu sự phát triển của vi sinh và một số ứng dụng khác 1.4 Cơ sở lý thuyết chung về sản xuất Gelatin 1.4.1 Nguyên liệu sản xuất Gelatin: Nguyên liệu để sản xuất gelatin là: vẩy, xương, bong bĩng và da cá…Vì động vật thủy sản chỉ cĩ những loại cá to, da dày mới bĩc được da (như cá nhám, cá Voi, cá Ba sa,….).Xương cá cĩ thể chế ra gelatin nhưng về mặt kinh tế thì quá ít. Vảy cá tuy chiếm tỷ lệ trọng lượng trong cá ít (1-4%), nhưng các loại cá cĩ vảy rất lớn, mặt khác vảy cá thuộc vào bộ phận khơng ăn được. Bong bĩng cá tuy chỉ một số ít cĩ thể dùng để sản xuất geletin nhưng lượng keo nguyên (colagen) rất cao, do đĩ nĩ là nguyên liệu tốt dùng để sản xuất gelatin cĩ chất lượng cao 1.4.2 Cơng nghệ sản xuất Gelatin [6][ 8] 1.4.2.1 Nguyên lý chung: Quá trình sản xuất gelatin gồm những bước sau: - Xử lý nguyên liệu ( ngâm muối, ngâm vơi, ngâm acid…) - Nấu - Lọc, cơ đặc dung dịch nấu - Làm lạnh đơng - Cắt miếng, làm khơ gelatin - 25 - a, Xử lý nguyên liệu: - Ngâm muối: Ngâm muối với nguyên liệu nhằm là rửa sạch các tạp chất bẩn, tẩy mỡ, máu, mùi tanh, cắt đứt các mạch polypeptide của collagen thành các đoạn peptide ngắn. Tạo điều kiện cho quá trình trích ly được dễ dàng, hiệu suất thu hồi gelatin cao - Ngâm vơi: Ngâm vơi là bước xử lý kiềm đối với nguyên liệu, tác dụng của kiềm làm cho tổ chức nguyên liệu mềm mại và loại bỏ các chất hữu cơ như: Albumin, Mucin, sắc tố…Qua nhiều nghiên cứu người ta thấy rằng ngâm vơi là phương pháp hiệu quả nhất trong việc xử lý nguyên liệu. Vì trong quá trình ngâm vơi collagen ít bị tổn thất.Khi ngâm vơi phải thường xuyên khuấy đảo và mơi trường pH của nước vơi là 12,2 – 12,4. Để làm tăng độ mềm của nguyên liệu và hịa tan những thành phần các tạp chất phi collagen, cĩ thể cho thêm một ít NaOH để tăng độ kiềm tính. Nhưng nếu dùng lượng kiềm quá nhiều thì ảnh hưởng đến chất lượng của geletin sau này. Nếu thời gian ngâm vơi quá dài cũng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng collagen. Lượng CaO thường dùng khoảng trên dưới 8-10% so với nguyên liệu. - Ngâm acid: Nguyên liệu sau khi ngâm vơi phải đem trung hịa rửa sạch dư lượng vơi và tạp chất. Acid thường dùng là HCl, khơng dùng H2SO4 , dễ tạo thành CaSO4 khơng hịa tan ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm theo phản ứng: Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4 Chú ý lượng HCl cơng nghiệp phải < 1/1.000.000. HCl tác dụng với chất khống sản sing ra muối hịa tan và H3PO4 tự do. Phản ứng như sau: Ca3(PO4)2 + 4HCl = 2CaCl2 + Ca(H2PO4)2 Ca3(PO4)2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2H3PO4 Nhưng Ca(H2PO4)2 cĩ tính acid, nĩ cĩ thể tác dụng với Ca3(PO4)2 tạo thành CaHPO4, khơng tan trong nước: Ca(H2PO4) + Ca3(PO4) = 4CaHPO4 - 26 - Phản ứng sản sinh trong điều kiện sự tuần hồn của acid chậm, do đĩ trong quá trình ngâm acid phải thường xuyên loại bỏ những muối trên bằng cách khuấy đều và thay nước nhiều lần. Trong quá trình ngâm cĩ bọt nổi lên đĩ là do CO2 thốt ra do phản ứng của cacbonat canxi với acid HCl: CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O b, Nấu Nấu gelatin là bước làm cho collagen biến thành keo dưới tác dụng của nhiệt. Trước hết là đem nguyên lệu đã được xử lý cho vào nước đun nĩng ở nhiệt độ nhất định, Collagen từ từ tách ra thành dung dịch keo. Nếu nhiệt độ nấu quá cao (như đun sơi) thì quá trình thủy phân gelatin sẽ diễn ra mạnh mẽ tạo thành Gelatose và gelatone. Khi xảy ra biến đổi đĩ làm cho độ dính và sức đơng của keo giảm xuống. Do đĩ nên nấu ở nhiệt độ thấp, để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Thời gian nấu quá dài cũng ảnh hưởng đến chất lượng keo, nếu thời gian nấu quá dài ở nhiệt độ cao khơng những làm cho độ dính và sức đơng của keo giảm mà cịn làm cho màu sắc của keo đậm lại. Vì thế nấu keo nên tiến hành nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn. Nhưng trong thực tế thì hai điều kiện này mâu thuẫn với nhau, nghĩa là nấu ở nhiệt độ cao thì thời gian nấu ngắn hơn khi nấu ở nhiệt độ thấp. Căn cứ vào kinh nghiệm thì nhiệt độ ảnh hưởng đến phẩm chất và màu sắc của gelatin hơn yếu tố thời gian, do đĩ nấu ở nhiệt độ thấp thời gian dài tốt hơn c, Lọc và cơ đặc dung dịch nấu: Dung dịch sau khi nấu cĩ thể dùng vải lọc qua để loại bỏ lớp da dư thừa. Nếu yêu cầu chất lượng keo cao thì cĩ thể dùng phương pháp lắng đọng. Dưới đây giới thiệu đơn giản các phương pháp đĩ. - Phương pháp lắng đọng tự nhiên: phương pháp này rất đơn giản, keo nước nấu lần thứ nhất hoặc lần thứ hai đem lọc rồi cho vào thùng đem giữ nhiệt độ ở 500C để lắng đọng, sau đĩ phân ra, dung dịch keo trong được đưa vào phương pháp xử lý tiếp theo. Phương pháp này thích hợp với dung dịch keo lỗng. - Phương pháp lọc hấp thu: phương pháp này là dùng một số chất lọc cĩ tính chất hấp thụ tạp chất để tiến hành phân ly, nhưng khuyết điểm của phương pháp này là mặt lọc rộng và dễ bị tắc, ảnh hưởng đến sản xuất. Chất lọc thường dùng đến than - 27 - xương, trong điều kiện nhiệt độ ở 800C dung dịch keo dễ dàng lọt qua lớp than xương. Dùng phương pháp này để đồng thời tẩy màu và tẩy mùi được - Phương pháp hình thành kết tủa: Nếu trong dung dịch cĩ chất keo ở điều kiện nhiệt độ từ 700C – 800C, cho vào một ít acid phosphoric để tạo kết tủa Ca3(PO4)2. Khi Ca3(PO4)2 lắng xuống cĩ thể kéo theo những tạp chất cĩ trong keo bị lắng xuống. Tạp chất Ca+ cịn trong dịch keo là do rửa chưa hết, chưa sạch, những hạt keo mang điện âm giữ lại. Ngồi ra H2SO3, H2SO4 cùng cĩ những tác dụng tương tự ở nhiệt độ 700C – 800C,thường bổ sung SO2 (chất khử mạnh) vào đến lúc cho kết tủa rồi dùng nước vơi trung hịa, sau đĩ để yên cho nĩ lắng xuống. Dùng H2SO4 cĩ thể đồng thời tẩy màu làm trắng sản phẩm và cĩ tác dụng chống thối rữa, nhưng nhược điểm của nĩ là cuối quá trình khĩ phân ly. Đối với lắng đọng và lọc keo nước thì phương pháp này cĩ hiệu quả nhất định nhưng chỉ dùng để sản xuất những mặt hàng đặc biệt. Nếu yêu cầu chất lượng của gelatin khơng cao lắm, cĩ thể dùng vải lọc là được mà khơng cần dùng những phương pháp trên. ™ Cơ đặc dung dịch nấu: Keo nấu lần thứ nhất rất đặc, làm lạnh cĩ thể đơng lạnh rất tốt viì thế khơng cần cơ đặc nếu cĩ thiết bị làm khơ tốt, khí hậu lạnh. Trên thực tế dung dịch keo cĩ phẩm chất tốt, nồng độ đạt 5% lúc làm lạnh là cĩ thể đơng lại. Vì dung dịch keo qua bước cơ đặc làm giảm độ dính và sức đơng của nĩ nên thường bỏ qua bước này, vừa đơn giản thao tác vừa đảm bảo chất lượng Trong điều kiện nhiệt độ dưới 100C thì dung dịch keo sau khi lọc cĩ thể đơng đặc tự nhiên, ta cắt miếng rồi tiến hành làm khơ mà khơng cần thiết phải qua cơng đoạn cơ đặc. Nhưng những lần nấu sau nồng độ của gelatin giảm xuống thấp và trong điều kiện nhiệt độ cao (như Việt Nam) thì cơng đoạn cơ đặc thì rất cần thiết. Nếu cĩ điều kiện cơ đặc chân khơng là tốt nhất, chất lượng và màu sắc của keo cũng tương đối tốt. Cũng cơ đặc ở nhiệt độ thường trên dưới 600C, nhưng thời gian cơ đặc tương đối dài ảnh hưởng đến độ dính và kéo dài thời gian sản xuất keo. Vì thế cĩ thể tiến hành trong điều kiện áp suất thường cĩ quạt thơng giĩ để làm tăng tốc độ bốc hơi, rút ngắn được ½ thời gian cơ đặc khơng cĩ quạt thơng giĩ d, Làm đơng, cắt miếng - 28 - Dung dịch sau khi đã xử lý ở trên cho vào các khay kim loại (khay inox hay khay nhơm) kích thước khơng nhất định, thường chiều sâu là 1-1,5cm, chiều rộng 25- 30cm là thích hợp. Về mùa đơng nhiệt độ tương đối thấp, cĩ thể cho keo đơng tự nhiên nhưng mùa hè nhiệt độ cao thì cho vào phịng lạnh làm đơng nhân tạo. Nĩi chung nhiệt độ dưới 150C, thời gian 12-18h thì gelatin cĩ thể đơng được hồn tồn. Sau khi keo đơng cĩ thể cắt miếng để làm khơ ™ Làm khơ keo: Sau khi cắt miếng cho vào khung để tiến hành làm khơ, cĩ quạt thơng giĩ. Keo đơng cĩ hàm lượng nước 60-70 nếu nhiệt độ làm khơ > 200C thì keo bị chảy ra, vì thế nhiệt độ làm khơ ban đầu phải dưới 200C về sau cĩ thể nâng đần lên 25-300C để tăng tốc độ làm keo. Làm khơ vừa tránh tình trạng keo bị rạn nứt, keo cĩ độ khơ thích hợp nhất là lượng nước trong keo cịn lại 15-16%. Trong thời gian làm khơ tùy theo điều kiện làm khơ mà quyết định, nhưng thời gian càng ngắn càng tốt, thường trong khoảng 24h 1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước về sản xuất Gelatin 1.5.1 Tình hình nghiên cứu Gelatin ngồi nước: Năm 1754: Người Anh sử dụng Gelatin trong lĩnh vực chất kết dính và cũng vào năm này Anh đã sản xuất chất keo cho thợ mộc, trong loại keo này ngồi thành phần chính là Gelatin cịn bổ sung một số chất khác để tăng độ kết dính của keo. Đến thế kỷ XVIII thì việc sản xuất Gelatin đã cĩ mặt tại Pháp. Năm 1871: Richard Leach (một bác sĩ người Anh), đã mở ra một bước ngoặt mới, quyết định cho ngành nhiếp ảnh. Bác sĩ Maddox đã nghiên cứu những bản mỏng khơ cĩ phủ lớp Brom-bạc-gelatin sẽ cĩ độ nhạy tốt hơn những bản mỏng ướt được sử dụng trước đây. Những nghiên cứu xa hơn Charles Bennett đã sáng tạo ra một phương pháp mới về chế tạo bản mỏng khơ. Một trrong những ưu điểm của cơng nghệ này là thời gian rửa phim được rút ngắn lại. Năm 1960: Kenney và Ross bước đầu thử nghiệm sản xuất Gelatin từ da cá . Thực phẩm cĩ sử dụng Gelatin cá được đưa ra thị trường từ năm 1981. - 29 - Năm 1974: hiệp hội Gelatin Châu Âu GME (Gelatin Manuafacture of Europe) được thành lập, thể hiện tầm quan trọng của việc sản xuất Gelatin ở các nước Châu Âu. Năm 2001: một cơng trình nghiên cứu quốc tế được bắt đầu thực hiện bởi GME vào năm 1999 dưới sự bảo hộ của hội đồng Châu Âu một lần nữa khẳng định những điều luật về vật liệu thơ và quá trình sản xuất Gelatin ở những nơi đảm bảo cao nhất sự an tồn cho người tiêu dùng. Càng về sau nhiều cơng trình nghiên cứu mới được thực hiên để đảm bảo chất lượng mục đích yêu cầu sử dụng trong các ngành cơng nghiệp khác nhau như : sản xuất keo, chế biến thực phẩm, phim ảnh , y dươc, mỹ phẩm. 1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước [4][5] 1.5.2.1 Quy trình sản xuất gelatin từ vẩy cá Nguyên liệu: Các loại cá khác nhau thì cĩ độ lớn thành phần hĩa học của vẩy cá cũng khác nhau do đĩ lúc sử dụng phải phân loai to nhỏ và tiến hành xử lý riêng, như thế mới nâng cao được chất lượng của gelatin. Sau khi chọn nguyên liệu, tiến hành nhặt bỏ tạp chất, sau đĩ rửa và ngâm nước. Đối với vẩy cá tươi chỉ cần rửa để loại bỏ tạp chất và chất dính, đối với vẩy cá khơ phải tiến hành ngâm nước để khơi phục trạng thái mềm mại ban đầu của nĩ, đối với vẩy cá muối thì qua bước này cũng loại bỏ muối đi. Ở nhiệt độ 200C thì thời gian ngâm khoảng 1-2 ngày nhưng phải thường xuyên thay nước để tránh bị thối Ngâm vơi: Nguyên liệu sau khi rữa sạch ta tiến hành ngâm vơi, nồng độ dùng trong nước vơi 3 lần ngâm là 0,2-0,4%. Sau khi ngâm vẩy nở ra và khử đi các chất hữu cơ cĩ thể hịa tan trong kiềm. Ngâm vơi lần 1: nồng độ vơi là 0,4% lượng nước vơi dùng khoảng 2,5 đến 3 lần lượng vẩy. Thời gian ngâm 1-2 ngày, trong điều kiện nhiệt độ tương đối cao thì thời gian tốt nhất khơng quá một ngày để tránh thối. Trong quá trình ngâm nên khuấy đều để tránh hiện tượng tác dụng của vơi khơng đều lên nguyên liệu. Ngâm vơi lần 2: Sau khi ngâm đủ thời gian thì xả nước vơi rồi vớt ra, dùng nước trong rửa sạch tạp chất và vơi bám trên nguyên liệu và cho vào bể ngâm lần 2 với nồng độ nước vơi là 0,3% với lượng dùng như trên, thời gian ngâm 2-3 ngày, trong thời gian ngâm phải thường xuyên khuấy và kiển tra nước, nếu vẩy biến chất thì phải rút ngắn thời gian ngâm. Kết thúc thời gian ngâm thì vớt ra, rửa sạch và đưa vào - 30 - bể ngâm lần 3. Nồng độ nước vơi là 0,2%, lượng dùng như trên, thời gian ngâm là 4-5 ngày, ngâm xong rửa sạch. Ngâm acid: Trong sản xuất thường dùng HCl cơng nghiệp. Ngâm acid thường từ 3-4 lần nồng độ acid và thời gian đều khác nhau. + Ngâm acid lần 1: acid 12%, thời gian ngâm từ 10-15 phút. Lượng acid thường dùng từ 2,5-3 lần so với nguyên liệu, sau khi ngâm đủ thời gian thì tiến hành xả acid, vớt vẩy cá ra dùng nước trong rửa sạch. + Ngâm acid lần 2: Nồng độ acid 8%, lượng dung dịch acid dùng từ 2-2,5 lần so với nguyên liệu, thời gian ngâm 1/2h + Ngâm acid lần 3: Nồng độ acid 3-4% lượng acid dùng là 1,5- 2 lần so với nguyên liệu, thời gian ngâm khoảng 2h, sau đĩ vớt ra rửa sạch rồi sau đĩ đem ngâm lần 4 + Ngâm acid lần 4: Nồng độ acid >1%, lượng dùng khoảng 3-5 lần so với nguyên liệu, thời gian ngâm khoảng 24h + Nấu: Vì nguyên liệu khác nhau nên điều kiện xử lý, nấu khác nhau, do đĩ phải căn cứ vào kinh nghiệm cụ thể để xác định Lắng, lọc: Dung dịch sau lúc nấu cĩ thể dùng vỉ để lọc hoặc cĩ thể dùng các phương pháp sau: Lắng đọng tự nhiên Lọc hấp thụ Hình thành kết tủa Cơ đặc: Dung dịch gelatin đặc khơng cần cơ đặc nữa, thường thì chỉ cơ đặc dung dịch gelatin nấu ở các lần thứ 3 trở về sau. Nhiệt độ cơ đặc càng thấp càng tốt Làm đơng, cắt miếng: Dung dịch gelatin sau cơ đặc cho vào các khay để tiến hành làm đơng gelatin. Do đĩ chất lượng gelatin tương đối tốt, nồng độ cao nên ở nhiệt độ bình thường gelatin vẫn cĩ thể tự đơng được. Sau khi gelatin đơng cĩ thể tiến hành cắt miếng, độ dày chừng 1cm nếu quá dày thì làm khơ sẽ khĩ khăn hơn và cố gắng cắt đều đặn - 31 - Sơ đồ quy trình sản xuất gelatin từ vẩy cá: Nguyên liệu Ngâm vơi Ngâm acid Lắng, lọc Bảo quản Bao gĩi Làm đơng, cắt miếng Làm khơ Nấu chiết Cơ đặc - 32 - 1.5.2.2 Từ các nguồn nguyên liệu là xương và da các loại gia súc: Sơ đồ 1. Quy trình thu nhận gelatin từ da và xương gia súc Xương Làm sạch và tách mỡ Nghiền nhỏ Ngâm acid cĩ nồng độ 4-7% trong 2 tuần Ossein Làm khơ Ngâm vơi, 5- 15% trong 3-8 tuần Loại bỏ bột xương Loại dicalcium photphat Da các loại da súc Khử lơng bằng vơi (khơ hay ẩm) Ngâm vơi,5-15%, từ 5-12 tuần Da heo Khử lơng Rửa sạch Ngâm trong acid 1-5% từ 10-30 giờ Rửa loại acid Tách bỏ vơi Rửa sạch bằng nước Điều chỉnh pH bằng acid Trích, lọc cơ cạn chân khơng, sấy Gelatin - 33 - Chương 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 34 - 2.1 PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ BASA BẰNG MUỐI [8][9] 2.1.1 Nguyên vật liệu 2.5.1.1 Đối tượng nghiên cứu: Da cá Basa được lấy từ Cơng ty cổ phần Vĩnh Nguyên. Khu cơng nghiệp Trà Nốc Thành phố Cần Thơ Địa chỉ: 247 Lý Thường Kiệt Thành phố Cần Thơ 2.1.1.2 Hĩa chất: Bảng 2.1: Các hĩa chất sử dụng TÊN HĨA CHẤT NỒNG ĐỘ NaCl (99,9 %) Pha đến bảo hịa ở 40C Nước cất Tinh khiết Celite Rắn 2.1.3 Phương pháp Các phương pháp nghiên cứu sử dụng: - Phương pháp phân tích vật lý - Phương pháp phân tích định lượng - Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 2.1.4. Quy trình tách chiết Gelatin: Quy trình thu nhận Gelatin được xây dựng như sau: - 35 - 2.1.4.1 Nguyên liệu: Da cá vận chuyển từ nhà máy về: - Rã đơng - Rửa bằng nước sạch nhiều lần để loại bỏ máu và các tạp chất bẩn khác… - Sau khi rữa sạch nguyên liệu ta đem cắt nhỏ da cá khoảng 0,2-0,5cm tạo kích thước đồng đều cho da để tiện xử lý ở các cơng đoạn tiếp theo 2.1.4.2 Ngâm NaCl Sau khi cắt nhỏ da cá ta tiến hành ngâm muối ở nồng độ bão hịa. Lượng muối NaCl cho vào trong nước cất để đạt độ bão hịa cần thiết được xác định theo thực nghiệm. - Tỉ lệ da cá / dung dịch NaCl bão hịa: 1: ( 2 ÷ 6) - Thời gian ngâm muối:1 ÷ 5 ngày Da cá Rửa sạch Trích ly bằng nhiệt Gelatin sản phẩm Ngâm trong dung dịch muối bão hịa Cắt nhỏ 0,2 – 0,5 cm Nghiền mịn Cơ đặc Sấy khơ Lọc với chất trợ lọc celite - Nhiệt độ 65 ÷ 750C - Thời gian trích: 4 ÷ 6 h - Tỉ lệ da /nước cất là : 1 : (8÷10) - 36 - Mục đích: nhằm rửa sạch các tạp chất bẩn, tẩy mỡ, máu, mùi tanh, chất nhờn, cắt đứt các mạch polypeptide của Collagen thành các đoạn peptide ngắn. Và các mạch này trở nên lỏng lẻo,tạo điều kiện cho quá trình trích ly được dễ dàng, hiệu suất thu hồi gelatin cao Trong cơng đoạn này ta tiến hành khảo sát tỉ lệ ngâm muối và thời gian ngâm muối để tìm ra tỉ lệ và thời gian tối ưu mà ở đĩ ta thu được gelatin với hiệu suất cao nhất 2.1.4.3 Trích Gelatin bằng nhiệt: Sau khi ngâm da cá ta lấy ra rồi rửa sạch đến hết mỡ, chất nhờn, bỏ vào bercher rồi tiến hành trích gelatin bằng nước cất ở nhiệt độ cao. Trong cơng đoạn này ta tiến hành khảo sát tỉ lệ nước với da, nhiệt độ trích và thời gian trích. Mục đích: Khi qua cơng đoạn ngâm muối thì các liên kết trong cấu trúc của Collagen sẽ trở nên lỏng lẻo, đồng thời bị phá hủy một phần do đĩ khi trích ly sẽ làm cho Collagen từ từ tan ra thành dung dịch keo (Gelatin). Collagen phân giải biến thành Gelatin. Theo Hofmeister: C102H149N31O38 + H2O C102H151N31O39 Collagen Gelatin Kết quả phân giải Collagen ngồi sản phẩm chính là Gelatin con cĩ gelatone và genlatose C102H149N31O38 + H2O C102H151N31O39 + C47H70O19 +7 N2 Colagen gelatone gelatose Đây là quá trình phân giải gelatin nếu ta tiến hành trích ở nhiệt độ và thời gian khơng phù hợp. Nếu như trích ly ở nhiệt độ càng cao và thời gian càng dài thì sự phân giải Collagen ngồi tạo thành Gelatin cịn cĩ thể sản sinh ra các sản phẩm phân giải là Gelatone và Gelatose. Do đĩ trong quá trình trích ly ta phải khảo sát nhiệt độ và thời gian phù hợp để đảm bảo chất lượng của gelatin 2.1.4.4 Lọc, cơ đặc dung dịch: - 37 - Sau khi trích ta thu đươc một dung dịch sệt, tiến hành lọc bằng vải để loại bỏ lớp màng da. Đem dung dịch đĩ lọc qua máy lọc chân khơng với chất trợ lọc celite để loại bỏ bớt tạp chất và mỡ Tiến hành cơ đặc dung dịch ở nhiệt độ tương ứng trong thời gian 5 – 6 giờ để bay bớt hơi nước tạo điều kiện thuận lợi cho cơng đoạn sấy 2.1.4.5 Sấy, nghiền và bảo quản Sau khi cơ đặc đổ dung dịch ra khay rồi tiến hành sấy ở nhiệt độ 60-700C, lúc khơ đem sản phẩm nghiền mịn rồi bảo quản nơi thống mát. 2.2 KIỂM NGHIỆM NGUYÊN LIỆU VÀ GELATIN SẢN PHẨM:[1][3][4] 2.2.1 Độ ẩm 2.2.1.1 Tiến hành: Rửa sạch chén sứ rồi cho vào sấy khơ, đem cân đến khối lượng khơng đổi. Cân chính xác m1 gam Gelatin hay nguyên liệu, đem sấy khơ ở nhiệt độ 105 – 1100C. Lấy ra để nguội trong bình hút ẩm. Cân đến khối lượng khơng đổi m2 2.2.1.2 Cách tính: Độ ẩm (%) = 2.2.2 Độ tro 2.2.2.1 Tiến hành: Sau khi đo độ ẩm, lấy sản phẩm đem nung ở nhiệt độ 550 – 6000C, để nguội ở bình hút ẩm và cân ở cân phân tích đến khối lượng khơng đổi 2.2.2.2 Cách tính: Tổng lượng tro (%) = * 100 2.2.3 Xác định acid amin Hydroxyproline trong dung dịch thủy phân bằng phương pháp quang phổ: m1 - m2 m1 Khối lượng tro Khối lượng mẫu khơ - 38 - Chuẩn bị dung dịch chuẩn : 25 mg Hydroxyproline tinh khiết hịa trong 250 ml nước (100µg/ml). Tiếp theo lấy :50, 75, 100, 150 µl dung dịch này pha thành 1 ml bằng nước cất ở 4 ống. Sự oxy hĩa Hydroxyproline xảy ra khi thêm 1 ml Cloramine B vào mỗi ống, lắc kỹ và để ở nhiệt độ phịng trong 20 phút. Lượng dư Cloramine B được phân hủy bằng cách thêm 1 ml HClO4 3,15M trộn đều và lắc kỹ để dừng quá trình oxy hĩa. Sau 5 phút, cho 1ml 20% p-dimethylamino-nobenzaldehyde để thêm vào ống và lắc đều. Ống thí nghiệm được đặt vào bể điều nhiệt ở 600C trong 20 phút và sau đĩ làm nguộn trong nước khoảng 5 phút. Tiếp theo 5 ml Ethyl Cellosolve được them vào mỗi ống để cĩ thể tích tổng là 10 ml. Kết quả dung dịch chứa 0,5; 0,75; 1,00 và 1,50µg Hydroxyproline như mong muốn. Độ hấp thụ đo được ở λ =557 nm (màu đỏ thẩm) sử dụng cuvet 10ml, chiều dài 2,00 cm. Nước cất được dùng như mẫu đối chuẩn. Hệ số tương quan khơng thấp hơn 0,999 . Kết quả đo được xử lý bằng phương pháp thống kê tốn học ở độ tin cậy p = 0,90 hoặc p = 0,95 cho khoảng tin cậy tính tốn được - Chuẩn bị mẫu: Cân khối lượng mẫu, cho acid HCl 6M với tỉ lệ thích hợp vào để thủy phân mẫu, sau đĩ đuổi hết acid ra khỏi mẫu bằng phương pháp gia nhiệt ở 1100C, pha loảng mẫu và tiến hành đo mẫu như cách xác định đường chuẩn - 39 - Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN - 40 - 3.1 THÍ NGHIỆM TẠO MỨC CƠ SỞ 3.1.1 Cơng đoạn ngâm muối: Mục đích của cơng đọan này là khử mùi, mỡ, chất nhầy và muối cĩ tác dụng cắt đứt các mạch polypeptide của Collagen thành các mạch peptide ngắn hơn và làm cho các mạch này trở nên lỏng lẻo tạo điều kiện thuận lợi cho cơng đoạn trích ly sau này. Ta tiến hành làm thí nghiệm với các yếu tố ảnh hưởng là tỉ lệ da : dung dịch muối và số ngày ngâm dung dịch muối STN Tỉ lệ da:dung dịch muối Số ngày ngâm Tỉ lệ da:nước cất Thời gian trích ly (giờ) Nhiệt độ trích (0C) Gelatin (g) 1 1 : 1 1 1 : 10 4 70 11,0524 2 1 : 3 3 1 : 10 4 70 12,4538 3 1 : 5 5 1 : 10 4 70 12,4521 4 1 : 7 7 1 : 10 4 70 12,4679 5 1: 9 9 1 : 10 4 70 12,4501 Biểu đồ 3.1 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi khối lượng Gelatin theo tỉ lệ da:dung dịch NaCl 10.8 11 11.2 11.4 11.6 11.8 12 12.2 12.4 12.6 0 2 4 6 8 10 Tỷ lệ NaCl (da : dd NaCl) K hố i l ư ợ ng G el at in Độ nhớt Như vây, vào bảng số liệu trên thấy rằng với tỉ lệ da:dung dịch nước cất là 1:3 ngâm trong 3 ngày là cho kết quả tốt nhất. Ta lấy đây làm kết quả để tiến hành các cơng đoạn sau. 3.1.2 Cơng đoạn trích ly Ta tiến hành trích ly dung dịch trong dung dịch nước cất ở nhiệt độ cao, cơng đoạn này Collagen sẽ bị thủy phân thành Gelatin. Các yếu tố ảnh hưởng đến cơng đoạn này là tỉ lệ da:nước cất, thời gian trích ly và nhiệt độ trích ly - 41 - Chúng tơi cĩ các thí nghiệm sau: Nhiệt độ (0C) 60 65 70 75 80 Khối lượng Gelatin (g) 12.6042 12.7200 12.8621 12.9231 12.8235 Biểu đồ 3.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi khối lượng Gelatin với nhiệt độ trích ly BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI KHỐI LƯỢNG GELATIN THEO NHIỆT ĐỘ 125,500 126,000 126,500 127,000 127,500 128,000 128,500 129,000 129,500 0 20 40 60 80 100 Nhiệt độ (oC) Kh ối lư ợ ng G el at in (g ) khối lượng gelatin Thời gian (giờ) 3 4 5 6 7 Khối lượng Gelatin (g) 122,128 128,621 129,623 131,536 129,835 Biểu đồ 3.3 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi khối lượng Gelatin với thời gian trích ly - 42 - BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI KHỐI LƯỢNG THEO THỜI GIAN 12 12.2 12.4 12.6 12.8 13 13.2 13.4 0 2 4 6 8 Thời gian (giờ) K hố i l ư ợ ng G el at in (g ) Khối lượng gelatin (g) Nhận xét: Theo kết quả trên ở nhiệt độ 750C trong thời gian 6 giờ cho khối lượng Gelatin cao nhất. Đĩ là do khi tiến hành trích ly Gelatin ở nhiệt độ cao trong thời gian lâu thì gelatin sẽ bị thủy phân mạnh mẽ tạo thành Gelatone và Gelatose. Ảnh hưởng đến chất lượng Gelatin 3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠNG ĐỌAN NGÂM NACL :[2] 3.2.1 Khảo sát về khối lượng: Cơng đoạn này chúng tơi chọn các yếu tố ảnh hưởng là: thời gian ngâm muối, tỉ lệ da cá/dung dịch NaCl. Các yếu tố ảnh hưởng đến cơng đoạn này được mơ tả như sau: Cơng đoạn ngâm muối Tỉ lệ da cá/dung dịch muối Khối lượng Gelatin Thời gian ngâm - 43 - Bảng 3.1: Các yếu tố của cơng đoạn ngâm muối Sau khi làm thí nghiệm cĩ kết quả như sau: Tỉ lệ Ngày 1 2 3 4 5 1 : 2 11,9630 12,3120 12,4856 12,3436 12,3037 1 : 4 11,8326 12,1236 12,3634 12,2158 12,2642 1 : 6 11,7652 12,1029 12,2267 11,9630 11,8205 Biểu đồ 3. 4 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi khối lượng Gelatin theo tỉ lệ ngâm muối và số ngày ngâm BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI KHỐI LƯỢNG GELATIN PHỤ THUỘC VÀO TỈ LỆ NGÂM MUỐI VÀ SỐ NGÀY NGÂM 11.6000 11.8000 12.0000 12.2000 12.4000 12.6000 0 1 2 3 4 5 6 thời gian ngâm (ngày) Kh ối lư ợ ng G el at in (g ) 1 :2 1:4 1:6 Nhận xét: Dựa vào biểu đồ trên ta nhận thấy hàm lượng gelatin thu được cao ở mức tỉ lệ là 1: 2 và thấp ở mức tỉ lệ là 1:6. Trong khoảng khảo sát hàm lượng gelatin giảm dần khi lệ tăng dần. 3.2.2 Xác định độ nhớt Tiến hành đo độ nhớt ở nhiệt độ 750C Kết quả: Lấy dung dịch chuẩn là acid acetic với độ nhớt μ = 1,04*10-3Ns/m = 1,04 cP - 44 - Nồng độ 2% đo được thời gian 26,83s Đo độ nhớt của Gelatin ta thu được kết quả như sau: Bảng 3.5 : Kết quả độ nhớt của cơng đoạn ngâm NaCl Thời gian ngâm ( ngày) 1 2 3 4 5 1 :2 1.9356 1.9824 2.15 1.9599 1.8997 1:4 1.9026 1.9124 1.9875 1.93472 1.87 1:6 1.73657 1.7932 1.8261 1.8011 1.7598 Biểu đồ 3. 4 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt theo tỉ lệ da cá với nồng độ muối và thời gian ngâm BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI ĐỘ NHỚT THEO TỈ LỆ NGÂM MUỐI VÀ THỜI GIAN NGÂM MUỐI 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 1 2 3 4 5 6 Thời gian ngâm (ngày) Đ ộ nh ớ t ( C p) 1 :2 1:4 1:6 Nhận xét: Như vậy theo kết quả khối lượng và độ nhớt thì ta thấy rằng khi ngâm da cá với dung dịch NaCl tỉ lệ 1: 2 trong 3 ngày thì cho kết quả tốt nhất. Ta lấy đây làm thơng số tối ưu cho các cơng đoạn tiếp theo 3.3 XÂY DỰNG TỐI ƯU HĨA CHO CƠNG ĐOẠN TRÍCH LY 3.3.1 Tối ưu hĩa về khối lượng: Phương pháp thực nghiệm yếu tố tồn phần - 45 - Thực hiện nghiên cứu tối ưu giai đoạn này với 3 yếu tố ảnh hưởng là: Tỉ lệ da : nước cất, Nhiệt độ và thời gian trích ly, Làm 8 thí nghiệm với mức cao và mức thấp như sau: Bảng 3.6: Các yếu tố của cơng đoạn trích ly Yếu tố Tỉ lệ da : nước cất (ml) (X1) Nhiệt độ (0C) (X2) Thời gian trích (giờ) (X3) Mức cao 1 : 10 75 6 Mức thấp 1 : 8 60 4 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm khối lượng sản phẩm thu được vào 3 yếu tố trên. 8 thí nghiệm được thực hiện như sau: Bảng 3.7: Các thí nhiệm của cơng đoạn trích ly CÁC YẾU TỐ STN Tỉ lệ da : nước cất (ml) Nhiệt độ (0C) Thời gian trích (giờ) Gelatin (g) 1 1 : 8 65 4 12,8222 2 1 : 10 65 4 13,8065 3 1 : 8 75 4 13,1903 4 1 : 10 75 4 13,7033 5 1 : 8 65 6 12,0048 6 1 : 10 65 6 11,7176 7 1 : 8 75 6 10,6932 - 46 - 8 1 : 10 75 6 11,2826 Thực hiện mã hĩa các biến: Bảng 3.8: Bảng mã hĩa của cơng đoạn trích ly STT X0 X1 X2 X3 X1X2 X1X3 X2X3 Y 1 1 -1 -1 -1 1 1 1 12,8222 2 1 1 -1 -1 -1 -1 1 13,8065 3 1 -1 1 -1 -1 1 -1 13,1903 4 1 1 1 -1 1 -1 -1 13,7033 5 1 -1 -1 1 1 -1 -1 12,0048 6 1 1 -1 1 -1 1 -1 11,7176 7 1 -1 1 1 -1 -1 1 10,6932 8 1 1 1 1 1 1 1 11,2826 Cách mã hĩa như sau: Đặt: 1 1 0 1 1 2 2 0 2 2 3 3 0 3 3 Z ZX Z Z ZX Z Z ZX Z −= Δ −= Δ −= Δ Trong đĩ: Z1: Tỉ lệ da cá : nước cất Z2: Nhiệt độ Z3: Thời gian trích Khi Zjmax thì Xj = 1 Khí Zjmin thì Xj = -1 - 47 - max min 0 max min 2 2 j j j j j j Z Z Z Z Z Z += +Δ = Phương trình hồi quy được đưa ra như sau: 0 1 j j jl jl j k Y b b X b X ≤ ≤ = + +∑ ∑ Cơng thức tính hệ số b được đưa ra như sau: Tính hệ số b đơn: 1 1 N j ji i i b X y N = = ∑ Tính các hệ số b kép: 1 1 ( ) N jl j l i i b X X y N = = ∑ (N : số thí nghiệm tiến hành) b0 b1 b2 b3 b12 b13 b23 12,40381 0,22369 -1,71919 -0,97927 0,05191 -0,14813 0,25019 Tuy nhiên trong những hệ số hồi quy trên cĩ những hệ số số hồi quy khơng cĩ ý nghĩa. Do đĩ cần loại bỏ những hệ số hồi quy khơng cĩ ý nghĩa này. Để kiểm định ý nghĩa của hệ số hồi quy dùng các thí nghiệm của tâm phương án. Kết quả thí nghiệm ở tâm: - 48 - CÁC YẾU TỐ STN Tỉ lệ da : nước cất (ml) Nhiệt độ (0C) Thời gian trích (giờ) Gelatin (g) 1 1 : 9 70 5 12,1964 2 1 : 9 70 5 11,6723 3 1 : 9 70 5 11,2321 Trong đĩ: 0 0 0 10 2 2 0 10 2 1 1 1 n i i n th i o i th th th b y n s y y n s s ss N − = − = = ⎛ ⎞= −⎜ ⎟− ⎝ ⎠ = = ∑ ∑ n0: Số thí nghiệm tại tâm. 2 ths : Phương sai tái hiện bình phương sth: Phương sai tái hiện. N: Số thí nghiệm thực hiện tại mức cao, mức thấp của các yếu tố ảnh hưởng tới hàm. N = 8. Các hệ số student được tính ra bảng sau: Y − s 2 th Sth sb 11,70026667 0,233055223 0,4827579342 0,170681 - 49 - t0 t1 t2 t3 t12 t13 t23 72,672612 1,310561 10,072582 5,731394 0,304149 3.278102 1,465822 Các hệ số t được tính theo cơng thức sau: j j b jl jl b b t s b t s = = Tra bảng phân phối student: tp(f) = t0.05(2) = 4.3 f = n0 – 1 : Bậc tự do tái hiện. p = 0.05 : mức ý nghĩa ( độ tin cậy 95%) Nên: t1,t12,t13, t23 bị loại khỏi phương trình hồi quy. Vậy ta cĩ phương trình hồi quy như sau: ^ y = 12,40381 – 1,71919*X2 - 0,97927*X3 Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi quy so với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher như sau: 2 2 ^ 2 1 1 2( ( ) du th N du i i SF S S y iN y= = = −∑ ^ y : kết quả tính được từ phương trình hồi quy. y ^y ^ 2( )y y− - 50 - 12,8222 15,10227 5,153219 13,8065 15,10227 1,679021 13,1903 11,66388 2,329959 13,7033 11,66388 4,159235 12,0048 13,14375 1,297196 11,7176 13,14375 2,03389 10,6932 9,705355 0,975838 11,2826 9,705355 2,487703 Vậy : F = 17,26291463 Tra bảng: F1-p (f1, f2 ) = 19.3 Trong đĩ: p = 0.05 f1 = N – l = 5 f2 = n0 – 1 = 2 ⇒ F < F1-p (f1, f2 ) ⇒ Phương trình tương thích với thực nghiệm. Như vậy, từ phương trình ^ y = 12,40381 – 1,71919*X2 - 0,97927*X3 ta thấy rằng khối lượng tách chiết khơng phụ thuộc vào tỉ lệ da cá với nước cất nhưng tỉ lệ nghịch với nhiệt độ và thời gian trích. Đĩ là do khi ta trích gelatin trong thời gian lâu và nhiệt độ cao thì gelatin sẽ bị thủy phân mạnh mẽ tạo thành Gelatose và gelatone. Tối ưu hĩa thực nghiệm theo đường dốc nhất. Hàm mục tiêu là khối lượng Gelatin. Chọn bước chuyển động của một yếu tố bất kỳ δj.Ở đây ta chọn bước chuyển động là yếu tố Nhiệt độ δ2 = δ1 * b2 Δ2 b2 Δ2 - 51 - Bảng 3.9 : Tính tốn thực nghiệm tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của cơng đoạn trích ly Tên X2 (0C) X3 (giờ) Y Mức cơ sở 7 5 Hệ số bj -1,71919 - 0,97927 Khoảng biến thiên 5 1 bj * Δj -8,59595 -0,97927 Bước chuyển δj 5 0,5696 Làm trịn 5 0,5 Thí nghiệm 9 75 5,5 13,9420 Thí nghiệm 10 80 6 13,7862 Thí nghiệm 11 85 6,5 13,5304 Từ kết quả thí nghiệm cho thấy ở nhiệt độ 750C trong thời gian 5,5 giờ thì cho khối lượng Gelatin cao nhất. 3.3.2 Xác định độ nhớt: Tiến hành đo độ nhớt ở nhiệt độ 400C Kết quả: Lấy dung dịch chuẩn là acid acetic với độ nhớt μ = 1,04*10-3Ns/m = 1,04 cP Nồng độ 2% đo được thời gian 26,83s Đo độ nhớt của Gelatin ta thu được kết quả như sau: Bảng 3.10 : Kết quả độ nhớt của cơng đoạn trích ly STT Tỉ lệ da : Nhiệt độ Thời gian Thời gian Độ nhớt - 52 - nước cất (ml) (0C) trích (giờ) chảy (s) (Cp) 1 1 : 8 65 4 43,78 1,6970 2 1 : 10 65 4 51,26 2,0083 3 1 : 8 75 4 51,64 2,0017 4 1 : 10 75 4 42,55 1,6497 5 1 : 8 65 6 33,27 1,2896 6 1 : 10 65 6 33,80 1,3102 7 1 : 8 75 6 38,67 1,3827 8 1 : 10 75 6 38,85 1,5059 9 1 : 9 70 5 38,34 1,4862 10 1 : 9 70 5 38,14 1,4784 11 1 : 9 70 5 51,89 2,0256 12 1 : 10 75 5,5 52,29 2,0453 13 1 : 10 80 6 40,26 1,7539 14 1 : 10 85 6,5 37,32 1,2486 Biểu đồ 3.5: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của độ nhớt đến nhiệt độ trích ly - 53 - 0 1 1 2 2 3 0 20 40 60 80 100 Nhiệt độ (0C) Độ nhớt (Cp) Độ nhớt Biểu đồ 3.6: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt theo thời gian trích ly 0 1 1 2 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 Thời gian (giờ) Đ ộ nh ớ t ( Cp ) lượng gelatin (g) Nhận xét: Như vậy theo kết quả theo sản lượng và độ nhớt thì ta thấy rằng với nhiệt độ 750C trích trong 5,5 giờ thì khối lượng sản phẩm Gelatin và độ nhớt là cao nhất - 54 - Với những kết quả trên chúng tơi chọn cĩ quy trình tách chiết Gelatin bằng muối như sau: 3.4 KIỂM NGHIỆM NGUYÊN LIỆU VÀ GELATIN SẢN PHẨM [1][7] Da cá Rửa sạch Trích ly bằng nước cất ở nhiệt độ 750C trong 5,5 giờ Gelatin sản phẩm Ngâm trong dung dịch muối bão hịa tỉ lệ 1 : 2 Cắt nhỏ 0,2 – 0,5 cm Nghiền mịn Cơ đặc Sấy khơ Lọc với chất trợ lọc celite - 55 - 3.4.1 Xác định độ đơng: Dung dịch Gelatin 2% khi đặt ở những nhiệt độ khác nhau: Ở 00C: Dung dịch đơng lại sau 10 phút, nghiêng cốc 900C dung dịch khơng đổ Ở 150C: Dung dịch đơng lại sau 45 phút, nghiêng cốc 900C dung dịch khơng đổ Ở 200C: Dung dịch khơng đơng lại sau 2 giờ Ở 300C: Dung dịch cũng khơng đơng lại sau 2 giờ Như vậy, đối với Gelatin trích từ da cá ở nồng độ 2% nhiệt độ đơng dưới 150C 3.4.2 Xác định độ nhớt: Với nồng độ 2% thì dung dịch Gelatin tối ưu cĩ độ nhớt là 2,0083. Độ nhớt này khá cao 3.4.3 Xác định độ ẩm 3.4.3.1 Nguyên liệu Khối lượng Da cá trước khi sấy: m1= 1,0080 g Khối lượng Da cá sau khi sấy và cân đến khối lượng khơng đổi: m2 = 0,378 g Độ ẩm 5,62100. 0080,1 378,00080,1 =−= % 3.4.3.2 Gelatin sản phẩm: Khối lượng Gelatin trước khi sấy: m1 = 1,0008 g Khối lượng Gelatin sau khi sấy và cân đến khối lượng khơng đổi: m2 = 0,9158 g Độ ẩm 49,8100. 0008,1 9158,00008,1 =−= % Với độ ẩm này ta chỉ cần bảo quản Gelatin trong hộp kín, khơng cần bảo quản trong bình hút ẩm 3.4.4 Xác định độ tro 3.4.4.1 Nguyên liệu - 56 - Da cá :m1=1,0080 g , m2 = 0,0084 g Độ tro = * 100 = 0,83% 3.4.4.2 Gelatin sản phẩm: Gelatin: m1 = 1,0008 g , m2 = 0,0117 g Độ tro 169,1100. 0008,1 0117,0 == % Phần trăm độ tro của Gelatin nằm trong giới hạn cho phép <2 % 3.4.5 Xác định pH của dung dịch Tiến hành đo pH của Gelatin ở nồng độ 10% thì thu được kết quả pH = 6,4 pH này nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn Anh, 3.4.6 Xác định acid amin Hydroxyproline trong dung dịch thủy phân bằng quang phổ: Với phương pháp đã nêu ở trên ta thu được kết quả: Nồng độ mẫu (µg/ml) 2,5 5 7,5 10 12,5 15 Độ hấp thụ (abs) 0,230 0,450 0,669 0,897 1,107 1,298 Biểu đồ 3.6: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ hấp thụ theo nồng độ mẫu chuẫn 0,0084 1,0080 - 57 - BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI ĐỘ HẤP THU THEO NỒNG ĐỘ MẪU y = 0.0862x + 0.0213 R2 = 0.9993 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 5 10 15 20 NỒNG ĐỘ MẪU (mg/ml) ĐỘ HẤP THỤ (Asb) Mẫu sản phẩm Gelatin tối ưu sau khi tiến hành thủy phân tiến hành như trên, dựa vào đường chuẩn ta cĩ kết quả: DA NGUYÊN LIỆU Gelatin A1 A2 A3 Khối lượng da khơ (g) 0.0055 0.0051 0.0047 0.03 Pha lỗng (lần) 50 50 50 1000 Lấy 1ml làm các bước so màu 1ml 1ml 1ml 1ml Độ hấp thu 0.488 0.472 0.432 0.812 Suy ra hàm lượng HP (μg/ml) 5.422297 5.242117 4.791667 9.070945946 Tính ra HP (μg/g ướt) 23575.21 24046.41 25487.59 Đổi ra HP (mg/g ướt) 23.575 24.046 25.488 Trung bình HP (mg/g ướt) 24.370 Tính ra HP(μg/g khơ) 49293.61 51393.31 50975.18 302364.8649 Đổi ra HP(mg/g khơ) 49.29361 51.39331 50.97518 302.3648649 Trung bình HP (mg/g khơ) 50.554 Hiệu suất thu hồi Gelatin : - 58 - Ta cĩ: 50g da cá tách chiết được 13,8065 g Gelatin. Dựa vào bảng trên: Da: 0,0051g Ỵ 50.554(mg/g khơ) 50 g Ỵ 0051,0 554,50.50=X =495627,45 (mg/g khơ) Gelatin: 0,03 g Ỵ 302,3648649 (mg/g khơ) 13,8065 g Ỵ 03,0 3648649,302.8065,13=Y =139153,3502 (mg/g khơ) Vậy hiệu suất : 100. 415,495627 3502,139153=H % = 28,076% 3.5 MỘT SỐ KẾT QUẢ SO SÁNH VỀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT, CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU VÀ GELATIN SẢN PHẨM:[7][12][14] 3.5.1 Chất lượng Gelatin sản phẩm: Bảng 3.11: So sánh về chất lượng Gelatin Chỉ tiêu Kết quả Tiêu chuẩn Anh Đánh giá Độ nhớt của dung dịch 2% 2,0083 Khơng giới hạn Đạt pH của dung dịch 10% 6,4 5 – 6,5 Đạt Độ ẩm 8,49% ≤ 16% Đạt Độ tro 1,169% ≤ 2% Đạt Nitơ tổng 88,5% 85 – 90% Đạt - 59 - 3.5.2 Chất lượng nguyên liệu: Chỉ tiêu Kết quả Tiêu chuẩn Đánh giá Độ ẩm 62,5 % 60 – 81% Đạt Độ tro 0,83 % 0,4 – 1,5 % Đạt 3.5.3 So sánh hiệu suất quy trình thu nhận Gelatin bằng muối với một số quy trình khác: Bảng 3.12: So sánh hiệu suất các quy trình thu nhận Gelatin Quy trình Hiệu suất (%) Thu nhận bằng enzyme Fermgem 22,4 Thu nhận bằng acid và base 18 Thu nhận bằng nước vơi 10,3 Thu nhận bằng muối 28,1 Như vậy, từ kết quả trên thấy rằng hiệu suất thu hồi Gelatin bằng muối khá cao - 60 - Chương 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ - 61 - 4.1 KẾT LUẬN: Qua kết quả nghiên cứu, chúng tơi đã tìm được điều kiện thích hợp cho quá trình thu nhận Gelatin bằng muối như sau: - Tỉ lệ da cá : dung dịch muối là 1 : 2, Ngâm trong thời gian 72h - Xác định được nhiệt độ và thời gian tách chiết tối ưu là 750C trong 5,5 giờ Hiện nay đã cĩ một số đề tài nghiên cứu thành cơng tách chiết Gelatin từ da cá nhưng hiệu suất chưa cao. Đề tài của chúng tơi đã xây dựng được quy trình tách chiết Gelatin bằng muối với hiệu suất khá cao 28%, bên cạnh đĩ ưu điểm của đề tài là sử dụng nguyên liệu rẻ tiền và là phế phẩm dư thừa ở nước ta, Ít sử dụng hĩa chất ( chỉ dùng muối) nên sản phẩm sẽ khơng độc hại với người sữ dụng và thân thiện với mơi trường, tốn ít chi phí trong quá trình sản xuất do đĩ sản phẩm sẽ rất rẻ tiền và khơng cần sử dụng nhiều máy mĩc hiện đại. Tuy nhiên, Gelatin sản phẩm cĩ độ tinh sạch chưa cao. 4.2 KIẾN NGHỊ: - Trong quá trình nghiên cứu do thời gian cĩ hạn nên việc thu thập tài liệu, tìm hiểu sâu rộng về quy trình sản xuất gelatin cịn nhiều thiếu sĩt. - Các trang thiết bị trong thí nghiệm cịn nhiều hạn chế nên việc thực hiện đề tài gặp nhiều khĩ khăn. Do đĩ, hướng đề xuất để hồn thiện đề tài là: - Phịng thí nghiệm cần được đầu tư các trang thiết bị nhiều hơn để thuận lợi cho việc nghiên cứu như: máy xác định phân tử lượng, máy điện ly..... 4.3 HIỆU QUẢ KINH TẾ Để đánh giá về hiệu quả kinh tế, về sơ bộ ta phải tính các mặt: chất lượng sản phẩm, giá trị trên thị trường, và thực tế ứng dụng: - Về chất lượng: Gelatin sản phẩm thu được theo quy trình nghiên cứu đạt tiêu chuẩn về độ đơng, hiệu suất thu hồi cao - Giá trên thị trường: 1000 đồng/kg da cá tươi - Giá trị kinh tế sản phẩm: Qua quá trình thí nghiệm chúng em thấy cứ 50 g da cá tươi thu nhận được 13,8065 g Gelatin khơ - 62 - Như vậy cứ 5kg da cá tươi 1,38 kg Gelatin khơ 1 kg da cá tươi 1000 đồng 1kg khơ mất 3600 đồng tiền nguyên liệu Chúng tơi ước tính giá thành của 1kg Gelatin từ da cá Basa theo quy trình trên: Bảng 4.1 Hiệu quả kinh tế Như vậy, để sản xuất ra 1kg Gelatin từ da cá mất khoảng 60400 đồng. Trong khi đĩ giá thành 1kg Gelatin thương mại trên thị trường hiện nay là 100 000 đồng đối với Việt Nam sản xuất, 160 000 đồng đối với Gelatin do Pháp sản xuất. Điều này mở ra hướng phát triển mới thị trường tiêu thụ Gelatin, vẫn cĩ thể sản xuất ra Gelatin cĩ chất lượng tốt nhưng với giá thành rẽ hơn rất nhiều so với Gelatin thương mại Loại nguyên liệu Khối lượng Đơn giá (đồng) Thành tiền (đồng) NaCl 1,3 kg 7 000/1kg 9100 Da cá tươi 3,6 kg 3000/ 1kg 10800 Điện 10 kW 700 7000 Nước cất 10 lít 2000/lít 20000 Celite 50 g 50.000/kg 2500 Giấy what man 1 25 tờ 25 tờ/5000 5000 Nước rửa dụng cụ 2 m3 3.000/1m3 6000 Tổng 60400 - 63 - PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GELATIN Hình 1: Da cá cắt nhỏ trước khi ngâm Hình 2: Dung dịch sau khi trích - 64 - Hình 3: Gelatin dạng miếng Hình 4: Gelatin sản phẩm