tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm

ĐI HC QUC GIA THNH PH H CH MINH
TRƯNG ĐI HC BCH KHOA
KHOA K THUT HA HC
B CÔNG NGH THC PHM
***

Đ N MÔN HC
CÔNG NGH THC PHM
(MSMH: 603136)


Đ TI

TNG QUAN NG DNG
COLLAGEN
TRONG THC PHM




SVTH: NGUYN HONG PHONG
MSSV: 60701792
Lp: HC07TP2
Ngành: Công ngh thc phm
GVHD: TS. NGUYN HONG DNG



Thnh ph H Ch Minh, tháng 5 năm 2011

Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm ii
Đi Hc Quc Gia TP .HCM CNG HÒA XÃ HI CHỦ NGHĨA VIT NAM
Trưng Đi hc Bch Khoa Độc lập – Tự do – Hnh phúc
Khoa K Thuật Hóa Hc //
Bộ Môn Công Ngh Thực Phm
Đ N MÔN HC CÔNG NGH THC PHM
(MÃ S: 603136)

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HONG PHONG
Mã số sinh viên: 60701792
1. Đầu đề đồ n
Tng quan ng dng collagen trong thc phm .
2. Nhim vụ (nội dung yêu cầu)
Tng quan tài liu v ng dng collagen trong thc phm .
3. Nội dung cc phần
Chương 1 - TNG QUAN V COLLAGEN
1.1 Giới thiu sơ lược v collagen
1.2 Thành phn và cu trc
1.3 Phân loi
1.4 Tnh cht
1.5 Thu nhn collagen
1.6 ng dng của collagen
Chương 2 - NG DNG COLLAGEN TRONG THC PHM
2.1 Collagen bt
2.2 ng dng collagen trong chế biến cc sn phm thc uống
2.3 ng dng collagen trong chế biến cc sn phm t sa
2.4 ng dng collagen trong chế biến tht và thủy sn
2.5 Collagen được ng d ng trong nhiu sn phm khc nhau c tc dng tốt cho
xương

4. Các bản vẽ và đồ thị: không

5. Ngày giao đồ n: ngy 01 tháng 03 năm 2011.

6. Ngày hoàn thành đồ n: ngày 31 tháng 05 năm 2011.


Ngày … thng … năm 2011 Ngày … thng … năm 2011

Chủ nhim b môn Người hướng dẫn





Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm iii
NHN XT CỦA GIO VIÊN HƯNG DN

Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm iv
NHN XT CỦA GIO VIÊN PHN BIN

Mục lục


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm v
MC LC

DANH MC BNG
vii

DANH MC HNH
ix

LI M ĐU
x

Chương 1 TNG QUAN V COLLAGEN
1
1.1
Giới thiu sơ lược v collagen 2
1.2
Thành phn và cu trc 3
1.2.1

Cu trc phân tử collagen 4
1.2.2
Thành phn ha học của collagen 6
1.3
Phân loi 9
1.4
Tnh cht 11
1.4.1
Đ tinh sch của collagen 11
1.4.2
Thành phn cu trc và khối lượng phân tử 12
1.4.3
Nhit đ biến tnh 14
1.4.4
Thành phn amino acid 17
1.4.5
Kh năng trương nở, hòa tan 18
1.4.6
Điểm đẳng đin (pI) 19
1.5
Thu nhn collagen 20
1.5.1
S phá vỡ tế bào 20
1.5.2
Phương php tinh sch collagen 21
1.5.3
Làm khô và bo qun chế phm collagen 22
1.5.4 Sử dng CO
2
siêu tới hn trong tinh sch collagen 22

1.6
ng dng của collagen 26
1.6.1
ng dng trong công nghip thc phm. 26
1.6.2
ng dng trong y học và dược phm 28
1.6.3
ng dng trong công nghip mỹ phm 30

Chương 2 NG DNG COLLAGEN TRONG THC PHM
31
2.1
Collagen bt 32
2.1.1
Nguyên liu 32
2.1.2
Quy trình công ngh sn xut collagen bt 32
2.1.3
Sn phm collagen bt tinh sch 36
2.2
ng dng collagen trong chế biến cc sn phm thc uống 37
2.2.1
ng dng collagen vào cc sn phm thc uống (trà, cà phê) nhm b sung
thêm lượng protein cho cơ thể
37
2.2.2
ng dng collagen làm trong cc sn phm thc uống c cn 39
2.3
ng dng collagen trong chế biến cc sn phm t sa 43
2.4

ng dng collagen trong chế biến tht và thủy sn 49
2.4.1
Nhng ng dng ph biến của collagen trong ngành chế biến tht – thủy
sn
49
2.4.2
ng dng collagen trong sn xut v bọc sn phm tht chế biến 51
Mục lục


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm vi
2.4.3 ng dng collagen trong c chế s oxy ha cht bo trong sn phm tht
chế biến
54
2.4.4
Tăng hiu sut nu và chống mt nước cho sn phm nhờ collagen 62
2.4.5
Collagen thay thế mt phn nguyên liu trong sn phm tht chế biến 66
2.5
Collagen được ng dng trong nhiu sn phm khc nhau c tc dng tốt
cho xương
78

KT LUN
85

TI LIU THAM KHO
Error! Bookmark not defined.

Danh mục bng


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm vii
DANH MC BNG
Bng 1.2.1- Phân loi protein theo chc năng của chng trong cơ thể 4
Bng 1.2.2 – So sánh thành phn amino acid của mt số loi protein (gam amino
acid/100 gam protein) [7, 12, 28]
6
Bng 1.2.3 - Thành phn amino acid của collagen vy cá Rohu và cá Catla (số gốc
amino acid trên tng số 1000 gốc amino acid) [23]
7
Bng 1.2.4 – S khác nhau v hàm lượng hydroxyproline và nhit đ biến tính của
collagen t các ngun thu nhn khác nhau [23]
8
Bng 1.3.1 – Phân loi collagen [27]
9
Bng 1.4.1 - Kết qu phân tích thành phn nguyên liu da, xương c chỉ vàng và
collagen trích chiết được [24]
11
Bng 1.4.2 - Thành phn amino acid của dung dch collagen da cá nóc [18]
17
Bng 1.4.3 -Thành phn amino acid của dung dch collagen da và xương c chỉ vàng
chiết bng pepsin [24]
17
Bng 2.1.1 – Cc chỉ tiêu ha l và vi sinh của collagen thu nhn t lợn [11]
36
Bng 2.3.1 – Kết qu đnh gi tnh tnh n đnh khi bo qun của sn phm trong th
nghim 1 [21]
46

Bng 2.3.2 - Kết qu đnh gi hương v sn phm trong th nghim 1 [21]
46
Bng 2.4.1 - Thông tin kỹ thut c ủa Code 10 [17]
53
Bng 2.4.2 - Thông tin kỹ thu t của Code V [17]
53
Bng 2.4.3 - Thành phn hóa học của xúc xích Wiener và xúc xích gan trong nghiên
cu [14]
58
Bng 2.4.4 – Kết qu phân tch sn phm [14]
59
Bng 2.4.5 - Kết qu phân tch thành ph n xúc xích với nhng hà m lượng collagen
khác nhau [9]
64
Bng 2.4.6 - Kết qu phân tch gn đng thành phn jambon với nhng hàm lượng
collagen khác nhau [9]
64
Bng 2.4.7 – Thành phn công thc xc xch Bologna dng thô [1]
68
Bng 2.4.8 - Thành phn công thc xc xch Bologna dng mn [1]
68
Bng 2.4.11 - Tnh cht sn phm xc xch Bologna dng thô đ được b sung
collagen với cc hàm lượng khc nhau [1]
68
Bng 2.4.10 –Cc thông số b nh hưở ng bởi hàm lượng collagen b sung trên sn
phm xc xch Bologna dng nh tương mn [1]
70
Bng 2.4.11 - Cc thông số b nh hưởng bởi hàm lượng collagen b sung trên nguyên
liu xc xch Bologna dng nh tương mn [1]
70

Bng 2.4.14 - Công thc chế biến xc xch [10]
71
Bng 2.4.15 –Phân tch thành phn ha học của xc xch và collagen [10]
72
Bng 2.4.16 – Cc thông số b nh hưởng bởi hàm lượng collagen b sung và thời gian
lưu tr sn phm [10]
73
Danh mục bng


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm viii
Bng 2.4.17 – Kết qu phân tch màu sc nguyên liu và sn phm theo hàm lượng
collagen b sung [10]
75
Bng 2.4.18 - Kết qu phân tch màu sc nguyên liu và sn phm
76
Bng 2.4.19 - Kết qu phân tch cm quan sn phm [10]
77
Bng 2.5.1 – Kết qu so snh hot tnh chống ti hp thu xương của cc phân đon
collagen [30]
81
Bng 2.5.2 – Thành phn viên nn collagen kết hợp canxi và vitamin D 3 [30]
81
Bng 2.5.3 - Thành phn sn phm thc uống c b sung collagen [30]
82
Bng 2.5.4 - Thành phn sn phm bnh cracker c b sung collagen [30]
82
Bng 2.5.5 - Thành phn sn phm jelly c b sung collagen [30]
82
Bng 2.5.6 - Thành phn sn phm phô mai chế biến c b sung collagen [30]

83
Bng 2.5.7 - Thành phn sn phm yaourt c b sung collagen [30]
83
Bng 2.5.8 - Thành phn sn phm sa bt c b sung collagen [30]
83
Bng 2.5.9 - Thành phn sn phm thc ăn cho ch c b sung collagen [30]
83


Danh mục hnh


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm ix
DANH MC HNH
Hình 1.2.1 – Chuỗi xon collagen gm 3 dây xon chặt 4
Hình 1.2.2 – Tng bc cu to trong phân tử collagen [8]
5
Hình 1.2.3 – Cu trc sợi collagen [22]
5
Hình 1.4.1 - Đ th đường chun biểu th mối tương quan gia din tích peak và hàm
lượng acid amin [31]
12
Hình 1.4.2 – Phân tch đin di SDS–PAGE collagen t da (S) và xương (B) của cá chỉ
vàng dưới điu kin khử và không kh
13
Hình 1.4.3 - Sc k đin di SDS-PAGE collagen loi I của da heo và collagen da cá
14
Hình 1.4.4 – Đường cong biến tính nhit của collagen, gelatin và collagen thủy phân
[34]
15

Hình 1.4.5 -Biểu đ s ph thuc đ nhớt theo nhit đ [20]
16
Hình 1.4.6 – S thay đi đ nhớt của dung dch collagen (trong acid acetic) t da và
xương c chỉ vàng theo nhit đ [24]
16
Hình 1.4.7 – S thay đi đ nhớt tương đối (%) của collagen da và xương c chỉ vàng
theo pH [24]
19
Hình 1.4.8 - S thay đi đ nhớt tương đối (%) của collagen da và xương c chỉ vàng
theo nng đ NaCl [24]
19
Hình 1.5.1 - Quy trình tách chiết collagen
20
Hình 1.5.2 – Gin đ pha của CO
2
24
Hình 1.5.3 – Sơ đ quy trình tách chiết bng CO
2
siêu tới hn 25
Hình 1.6.1 - Sn phm phomat có cha collagen hydrolysate làm gim hàm lượng cht
béo
26
Hình 1.6.2 – Sn phm kẹo dẻo có v màng là collagen hydrolysate
27
Hình 1.6.3 - Collagen hydrolysate làm cht kết dính trong thanh kẹo
27
Hình 1.6.4 – Sn phm tht ngui có cha collagen hydrolysate
27
Hình 1.6.5 – Collagen hydrolysate làm trong các loi thc uống
28

Hình 1.6.6 – Viên nang mm có lớp v ngoài làm t collagen.
28
Hình 1.6.7 – Viên nang cng làm t cht liu collagen
29
Hình 1.6.8 - ng dng collagen hydrolysate trong kỹ thut ni soi
30
Hình 1.6.9 – Collagen hydrolysate trong các mnh bọt biển sử dng trong nha khoa
.30
Hình 2.1.1 - Quy trình chiết collagen bng cid acetic (acid-soluble collagen – ASC)
.32
Hình 2.1.2 - Quy trình chiết collagen bng pepsin (pepsin-soluble collagen – PSC)
33
Hình 2.1.3 - Quy trình chiết collagen có mặt vi khun Bacillus
35
Hình 2.1.4 – Bt collagen tinh sch
36
Hình 2.4.1 – Tiết din ct ngang của sn phm xc xch Bologna (0: không b sung
collagen; 10: b sung 10% collagen; 20: b sung 20% collagen; 30: b sung 30%
collagen) [1]
69

Li m đu


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm x
LI M ĐU

Vit Nam là quốc gia có tim năng xut khu thủy sn rt lớn. Năm
2006, tng sn lượng cá tra, cá basa của các tỉnh ĐBSCL 825.000 tn. Đu năm
2008, đt 1 triu tn, chủ yếu là mặt hàng cá phi lê. Ti các nhà máy chế biến

thủy sn, c tươi được lóc hai miếng phi-lê để chế biến xut khu. Phn còn li
chiếm khong 60% gm da, xương, đu, bng, mỡ, rut, kỳ vi Như vy, sẽ có
khong 600.000 tn ph phm sau xut khu cn được xử lý. Hin nay, mỡ cá
được nghiên cu ng dng làm biodesel hoặc xut thô sang Trung Quốc, các
phn còn li được sn xut thành bt cá làm thc ăn gia sc . Ngoài ra, ngành
giết m và chế biến gia sc gia cm ở Vit Nam cng thi ra mt lượng phế
phm kh lớn mà trong đ cng chủ yếu là da và xương .
Nếu như phế phm của cc ngành công nghip này ch ỉ được chế biến
thành bt thc ăn gia sc hay cc dng sn phm thô , gi tr thp khc thì hiệ u
qu kinh t ế mang li không cao hoặc nếu như loi b hẳn t h phi tốn thêm chi
ph cho vic xử l cht thi . Trong khi, thành phn chnh trong da, xương là
collagen có rt nhiu ng dng trong công nghip mỹ phm, dược phm và gn
đây được ng dng kh nhiu trong công nghip thc phm . Cho nên vic ng
dng cc ph phm này vào nhiu ngành khc nhau , đặc bit là trong ngành
thc phm c  ngha đặc bit quan trọng . Vn tch chi ết collagen trong da đ
được nghiên cu nhiu và cng đt nhiu thành công đng kể . Vn đ còn li
cp bch hin nay là cn tiếp tc nghiên cu để ng dng sn phm collagen
thu được vào chế biến cc sn phm công nghip khc nhau nhm nâng cao giá
tr kinh tế của collagen, đng thời gii quyết được vn đ ô nhiễm môi trường.
Nhim v của đ n này là bước đu tng quan tài liu v ng dng
collagen trong ngành thc p hm, gp phn gii quyết vn đ cp thiết nêu trên .
Ni dung chnh của bài viết liên quan đến cc phương php ng dng collagen
trong cc sn phm thc phm khc nhau như cc sn phm thc uống , cc sn
phm chế biến t sa , cc sn phm tht và thủy sn , collagen dng tng hợp
nhm khai thc cc tnh cht công ngh cng như gi t r y học của collagen , t
đ nâng cao gi tr và tnh thương mi của collagen .

Tổng quan về collagen

Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 1








Chương 1
TNG QUAN V COLLAGEN

Gii thiu sơ lưc về collagen


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 2
1.1 Gii thiu sơ lược về collagen
Collagen là thành phn protein chủ yếu của các mô liên kết. Collagen chiếm
khong 25% protein tng số trong cơ thể đng vt và là thành phn chủ yếu của khung
mng ngoi bào.Collagen là protein dng sợi xon. Collagen được tìm thy trong tt c
cc loài đng vt đa bào. N c trong cc mô liên kết của tim, mch, da, giác mc, sn,
sng, dây chng, xương, răng, … Collagen cng đư ợc tìm thy ở các mô bên trong của
hu hết cc cơ quan. Collagen to nên đ bn của mô, cơ quan và duy trì d ng cu trúc
của chúng. Collagen rt đa dng v thành phn và cu trúc. Ngày nay, người ta đã tìm
ra khong 28 loi collagen khác nhau[2, 3, 26].
Do có cu trúc và tính cht hóa học đặc bit, collagen được ng dng trong nhiu
lnh vc khc nhau như: ngành da, phim, mỹ phm, y học, dược phm, vt liu sinh
học và thc phm [2].
Nhìn chung, trong ngành công nghip collagen, các dng collagen thương mi
đu t da và xương đng vt c v như trâu, bò, heo,…, phế thi của ngành chế biến

gia cm. Tuy nhiên, ngun đng vt ở cn này không phù hợp với nhiu vùng tín
ngưỡng, tôn giáo; kh điu khiển v cht lượng và có thể lây nhiễm các tác nhân sinh
học và cht đc như: BSE (bnh bò điên), FMD (b nh lở mm long móng). Vì thế,
hin nay người ta tìm ngun thu nhn collagen mới t các loài cá và thủy sn khác[2].
Thành phn và cấu trúc


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 3
1.2 Thành phần và cu trúc

Trước khi tìm hiểu v collagen, chng ta sơ lược đôi nt v protein. Protein là
mt hợp cht đi phân tử được to thành t rt nhiu cc đơn phân là cc acid amin
(hình 2.1). Acid amin đư ợc cu to bởi ba thành phn: mt là nhóm amin (-NH
2
), hai
là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là nguyên tử cacbon trung tâm đnh với 1
nguyên tử hyđro và nhm biến đi R quyết đnh tính cht của acid amin. Khong 20
acid amin đã đư ợc phát hin trong thành phn của tt c các loi protein khác nhau
trong cơ thể sống.
Protein có bốn bc cu trúc:
Cấu trúc bậc một: Các acid amin nối với nhau bởi liên kết peptide hình thành
nên chuỗi polypeptide. Đu mch polypeptide là nhóm amin của acid amin th nht và
cuối mch là nhóm cacboxyl của acid amin cuối cùng. Cu trúc bc mt của protein
thc cht là trình t sp xếp của các acid amin trên chuỗi polypeptide. Cu trúc bc
mt của protein có vai trò tối quan trọng vì trình t các acid amin trên chuỗi
polypeptide sẽ thể hin tương tc gia các phn trong chuỗi polypeptide, t đ to nên
hình dng lp thể của protein và do đ quyết đnh tính cht cng như vai trò của
protein. S sai lch trong trình t sp xếp của các acid amin có thể dẫn đến s biến đi
cu trúc và tính cht của protein.
Cấu trúc bậc hai: là s sp xếp đu đặn các chuỗi polypeptide trong không gian.

Chuỗi polypeptide thường không ở dng thẳng mà xon li to nên cu trúc xon α và
cu trúc nếp gp β, đư ợc cố đnh bởi các liên kết hyđro gia nhng acid amin ở gn
nhau. Các protein sợi như keratin, collagen (c trong lông, tc, móng, sng) gm
nhiu xon α, trong khi các protein cu có nhiu nếp gp β hơn.
Cấu trúc bậc ba: Các xon α và phiến gp nếp β có thể cun li với nhau thành
tng búi có hình dng lp thể đặc trưng cho tng loi protein. Cu trúc không gian này
có vai trò quyết đnh đối vớ
i hot tính và chc năng của protein. Cu trúc này li đặc
bit ph thuc vào tính cht của nhóm -R trong các mch polypeptide.Chẳng hn
nhóm -R của cystein có kh năng to cu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của proline cn trở
vic hình thành xon, t đ v trí của chúng sẽ xc đnh điểm gp, hay nhng nhóm -R
ưa nước thì nm phía ngoài phân tử, còn các nhóm k nước thì chui vào bên trong phân
tử Các liên kết yếu hơn như liên kết hydro hay liên kết đin hóa tr có ở gia các
nhóm -R c đin tích trái du.
Cấu trúc bậc bn: Khi protein có nhiu chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì
to nên cu trúc bc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các
liên kết yếu như liên kết hydro.
Thành phn và cấu trúc


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 4
Phân loi protein: Có nhiu loi protein, mỗi loi đm nhim mt vai trò khác
nhau trong cơ thể:
Bảng 1.2.1- Phân loi protein theo chức năng của chúng trong cơ thể
LOẠI PROTEIN
CHC NĂNG
Protein cu trúc
Cu trc, nâng đỡ
Protein enzyme
Xúc tác sinh học: tăng nhanh, chọn lọc các

phn ng sinh hóa
Protein hormone
Điu hòa các hot đng sinh lý
Protein vn chuyển
Vn chuyển các cht
Protein vn đng
Tham gia vào chc năng vn đng của tế
bào và cơ thể
Protein th quan
Cm nhn, đp ng các kích thích của môi
trường
Protein d tr
D tr cht dinh dưỡng

Collagen là loi protein cu trc trong cơ thể đng vt. N được phân bố trong
các b phn như da, cơ, gân, sn, dây chng xương và răng Trong thành phn của da,
ở lớp bì cha rt nhiu collagen to ra mt h thống nâng đỡ, hỗ trợ cho cc đặc tính
cơ học của da như sc căng, đ đàn hi, duy trì đ  m Tùy theo tng đ tui, điu
kin sống, tc nhân môi trường, da có thể b lão hóa hoặc tn thương, sợi collagen mt
dn tnh đàn hi và săn chc do cu trúc collagen b phá vỡ.
1.2.1 Cu trúc phân tử collagen
V cu trúc của phân tử collagen, phân tử collagen hay còn gọi là tropocollagen
là mt cu trúc dng sợi hình ống chiu dài khong 300nm, đường kính 1,5 nm. Mỗi
sợi collagen này được cu to t ba chuỗi polypeptide nối với nhau bng các liên kết
hydro và xon li với nhau giống như sợi dây thng (hình 1.2.1).


Hình 1.2.1 – Chuỗi xoắn collagen gồm 3 dây xoắn chặt

Mỗi mt vòng xon c đ dài là 3,3 gốc amino acid, chiu cao là 2,9 A

o
. Mỗi
mt chuỗi polypeptide trong collagen được cu to t các amino acid theo mt trt t,
Thành phn và cấu trúc


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 5
thông thường là Gly - Pro - Y, hoặc Gly - X – Hyp (hình 1.2.2). Trong đ, X, Y là
nhng đơn v amino acid khác. Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) chiếm khong
1/6 chuỗi, glycine chiếm khong 1/3 chuỗi. Tng cng chỉ riêng proline,
hydroxyproline, và glycine chiếm 1/2 chuỗi collagen. Các amino acid còn li chiếm
1/2 [25].

Hình 1.2.2 – Từng bậc cu to trong phân tử collagen [8]
(a) Chuỗi polypeptide bậc một.
(b) Cu trúc xoắn α bậc hai và bậc ba.
(c) Cu trúc so le bậc bn

Glycine đng mt vai trò hết sc quan trọng trong cu trúc sợi siêu xon của
collagen. Tropocollagen liên kết với nhau theo kiểu đu nối đuôi hình thà nh collagen
fibril. Các collagen fibril này bó li với nhau hình thành sợi collagen siêu cáp –
collagen fiber (hình 1.2.3). Vì thế collagen rt chc, dai, và bn.

Hình 1.2.3 – Cu trúc sợi collagen [22]
(a) Cu trúc khái quát 3 chuỗi xoắn α của collagen.
(b) Phân tử collagen.
(c) Collagen fibril đưng kính từ 10 đến 300nm.
(d) Collagen fibril bó li vi nhau hình thành sợi collagen siêu cáp – collagen
fiber, đưng kính từ 0,5 đến 3 μm.
Thành phn và cấu trúc

Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 6

1.2.2 Thành phần hóa hc của collagen
V thành phn các acid amin: trong collagen cha rt ít hoặc không cha
cystein và tryptophan, nhưng cha rt nhiu hydroxyproline. Hydroxyproline này là
mt acid amin đặc trưng của collagen mà các loi protein khác không có.
Trong phân tử tt c các loi collagen, luôn có s lặp li của cu trúc X-Y-Gly,
trong đ X, Y c thể là bt kỳ acid amin nào. Tuy nhiên, ở v trí của X và Y thường là
(2S)-Proline (Pro, 28%) và (2S,4R)-4-Hydroxyproline (Hyp, 38%). Chuỗi Pro-Hyp-
Gly là chuỗi thường gặp nht trong phân tử collagen (10,5%) [27].

Bảng 1.2.2 – So sánh thành phần amino acid của một s loi protein (gam amino
acid/100 gam protein) [7, 12, 28]
Protein

Amino acid
COLLAGEN
(từ da cá
phổi)
CASEIN
(từ sữa dê)
ALBUMIN
(từ trứng)
Alanine
11,70
3,50
5,70
Glycine

24,00
2,80
6,30
Valine
2,56
6,70
10,30
Leucine
3,37
13,60
8,90
Isoleucine
1,64
4,20
4,90
Proline
14,8
9,30
3,80
Phenylalanine
2,60
4,40
3,77
Tyrosine
0,19
4,60
2,69
Serine
4,71
3,60

10,90
Threonine
3,18
4,90
10,70
Cystine
-
-
-
Methionine
0,59
2,70
1,11
Arginine
9,10
3,90
2,73
Histidine
0,80
-
1,16
Lysine
3,63
6,70
7,70
Aspartic acid
6,60
4,70
10,90
Glutamic acid

1,90
20,30
7,40
Hydroxyproline
9,80
-
-
Hydroxylysine
0,88
-
-
Arginin
-
3,90
-
Tryptophan
-
-
-


Thành phn và cấu trúc


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 7
Thành phn amino acid của collagen t các ngun thu nhn khc nhau (cơ
quan, loài đng vt, …) thì khác nhau. Bên dư ới là thành phn amino acid của mt số
loi collagen t mt số loài đng vt khác nhau.

Bảng 1.2.3 - Thành phần amino acid của collagen vảy cá Rohu và cá Catla (s gc amino

acid trên tổng s 1000 gc amino acid) [23]
Amino acid
Rohu
Catla
Aspartate + asparagine
53
48
Glutamate + glutamine
87
83
Hydroxyproline
83
84
Serine
28
26
Glycine
361
353
Histidine
0
0
Arginine
38
38
Threonine
17
17
Alanine
80

83
Proline
118
130
Tyrosine
3
2
Valine
15
15
Methionine
9
9
Cysteine
0
0
Isoleucine
13
12
Leucine
28
26
Phenylalanine
54
55
Lysine
13
19

Thành phn và cấu trúc


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 8
Bảng 1.2.4 – Sự khác nhau về hàm lượng hydroxyproline và nhit độ biến tính của
collagen từ các nguồn thu nhận khác nhau [23]
Môi
trưng
sng
Sinh vật
Nguồn
thu
nhận
Hàm lượng
Hydroxyproline
(gc/1000 gc
amino acid)
Nhit
độ biến
tính
(
o
Nguồn
tham
khảo
C)
Trên
cn
Bê
Da

94
40,8
Ikomaa
và cng
s.
(2003)
Lợn Da 93 37
Nước
ngọt
Cá Rohita và
cá Catla
Vy 83 36,5
Pati
Falguni và
cng s
(2010)
Cá
Oreochrom-is
niloticas
Vy 83 35,7
Ikomaa
và cng
s.
(2003)
Cá chp bc
(Hypophth-
almichthys
molitrix)
Da 84 34,5
Rodziewi

cz-
Motowidł
o và cng
s.
(2008)
Cá Cyprinus
carpio
Da
76
28,0
Duan và
cng s.
(2009)
Vy
77
28,0
Xương
80
28,0
Biển
Cá Pragus Vy 73 29,9
Ikomaa
và cng
s.
(2003)
C cc lưng
đen
(Lagoceph-
alus gloveri)
Da 77 28,0

Senaratne
và cng
s.
(2006)
Cá nóc mt
đơn (Takifugu
rubripes)
Da 67 28,0
Nagai và
cng s.
(2002)
Biển
sâu
Cá trống đ
(Sebastes
mentella)
Da
64
16,1
Wang và
cng s.
(2008)
Vy
65
17,7
Xương
61
17,5
C hi
(Gadus sp.)

Da 53 15,0
Sadowska
và cng
s.
(2003)
Phân loại


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 9
1.3 Phân loi
Collagen là thut ng chung cho nhóm protein có cu túc xon anpha của ba sợi
polypeptide, và tt c các loi protein collagen đu có cu trúc siêu phân tử mặc dù
kch thước, chc năng và s phân bố của chúng trong các mô khác nhau rt nhiu.
Hin nay, người ta đã tìm ra hơn 28 loi collagen khác nhau.
Da vào cu trúc và t chc siêu phân tử của collagen, chúng có thể được nhóm
li thành các nhóm: collagen dng sợi (fibril-forming collagen), collagen t hợp sợi
(fibril-associated collagen (FACIT)), collagen transmembrane, collagen trên nn
membrane và các loi collagen khác với cu trc đặc bit.

Bảng 1.3.1 – Phân loi collagen [27]
Loi
Nhóm
Thành phần
Phân b
I
Sợi
α1[I]α2[I]
Da, xương, gân, dây chng
II
Sợi

α1[II]3
Sn
III
Sợi
α1[III]3
Da, máu, mch, rut
IV
Mng lưới
α1[IV]2α2[IV]
Màng membranes
α3[IV]α4[IV]α5[IV]
α5[IV]2α6[IV]
V
Sợi
α1[V]3
Xương, gân, gic mc, nhau
thai
α1[V]2α2[V]
α1[V]α2[V]α3[V]
VI
Mng lưới
α1[VI]α2[VI]α3[VI]
Xương, gân, sn
α1[VI]α2[VI]α4[VI]
VII
Sợi m neo
α1[VII]2α2[VII]
Gân, bang quang
VIII
Mng lưới

α1[VIII]3 α2[VIII]3
α1[VIII]2α2[VIII]
Gân, não, tim, thn
IX
Collagen dng
sợi kết hợp xon
gin đon
(Fibril-
Associated
Collagens
with Interrupted
Triple helices –
FACIT)
1[IX]α2[IX]α3[IX]
Sun, giác mc
X
Mng lưới
α1[32]3
Sn
XI
Sợi
1[XI]α2[XI]α3[XI]
Sn
XII
FACIT
α1[XII]3
Gân, dây chng
XIII
Collagen dng
màng kết hợp

xon gin đon
(Membrane -
Associated
Collagens
—
Màng tế bào, gân, sn
Phân loại


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 10
with Interrupted
Triple helices –
MACIT)
XIV
FACIT
α1[XIV]3
Xương, sn, dây chng
XV
Dng ghép kênh
(multiplexins)
—
Mao mch, tinh hoàn, thn,
tim
XVI
FACIT
—
H bì, thn
XVII
MACIT
α1[XVII]3

Hemidesmosomes trong
biểu mô
XVIII
MULTIPLEXIN
—
Tng hm màng, gan
XIX
FACIT
—
Tng hm màng
XX
FACIT
—
Giác mc (gà)
XXI
FACIT
—
D dày, thn
XXII
FACIT
—
Mô nút giao
XXIII
MACIT
—
Tim, võng mc
XXIV
Sợi
—
Xương, gic mc

XXV
MACIT
—
Não, tim, tinh hoàn
XXVI
FACIT

Tinh hoàn, bung trng
XXVII
Sợi
—
Sn
XXVIII
—
—
H bì, dây thn kinh hông


Tính chất


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 11
1.4 Tnh cht
Để có thể được ng dng mt cch hiu qu thì collagen thành phm phi c đ
tinh sch phù hợp và đng thời phi biết rõ các tính cht quan trọng của colllagen như:
thành phn cu trúc, khối lượng phân tử, thành phn amino acid và nhit đ biến tính
và kh năng hòa tan, trương n ở của collagen.
Thành phn và tính cht của collagen to thành ph thuc nhiu vào ngun
nguyên liu sn xut và cng như phương php tch chiết và tinh sch. Thành phn và
tính cht của collagen đ được nhiu tác gi nghiên cu và đ cp.

1.4.1 Độ tinh sch của collagen
Phanat Kittiphattanabawon và cng s (2005) đã tiến hành nghiên cu trích
chiết collagen t da và xương c chỉ vàng. Kết qu phân tích nguyên liu và sn phm
thu được như bng bên dưới.

Bảng 1.4.1 - Kết quả phân tích thành phần nguyên liu da, xương c chỉ vàng và
collagen trích chiết được [24]

Thành phần (% khi lượng)
Hydroxyproline
(mg/g)
Mẫu
m
Tro
Cht béo
Protein
Da
64,08
3,23
0,98
32,0
19,5
Xương
62,27
14,40
8,77
13,3
5,71
Collagen da
7,06

0,68
0,33
94,0
58,5
Collagen xương
11,57
0,88
0,48
84,2
42,5

Villanueva và cng s (2009) đã đưa ra phương php đnh lượng collagen bng
sc kí lng hiu năng cao. Xc đnh hàm lượng collagen da vào din tích peak và da
vào đ th đường chun mô t mối tương quan gia din tch peak và hàm lượng
hydroxyproline, glycine, proline trong collagen. Tác gi cho rng collagen là mt
chuỗi polipeptide trong đ thành phn chủ yếu bao gm 3 loi acid amin trên. Và hàm
lượng collagen được tnh như sau:
µ
µ
++
∑
Pr ( / )
 (/)
0, 55
Hyp Gly o g mg
Hµm l îng collagen g mg

Tính chất


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 12

Hình 1.4.1 - Đồ thị đưng chun biểu thị mi tương quan giữa din tích peak
và hàm lượng acid amin [31]

Tuy nhiên, phương php đơn gin hơn cho vic đnh lượng collagen là theo
phương php của Sadowska và cng s (2003). Thông qua xc đnh hàm lượng
hydroxyproline tnh được lượng collagen tng bng công thc:
Hàm lượng collagen (μg/mg) = hydroxyproline (μg/mg) x 14,7
1.4.2 Thành phần cu trúc và khi lượng phân tử

Theo kết qu phân tch đin di, người ta xc đnh được khối lượng phân tử của
collagen loi I vào khong 200-300 kDa cao hơn so với gelatin (dưới 200-300kDa) và
cao hơn nhiu so với sn phm thủy phân collagen (dưới 50 kDa). Trong đ, cu trúc
chuỗi β có phân tử lượng khong 200 kDa còn cu trúc chuỗi α có phân tử lượng
khong 100 kDa [34].
Do khi thu nhn collagen ta chỉ sử dng cc tc nhân để tn công vào nhng
cu trúc không phi chuỗi xon của collagen, điu kin tiến hành ôn hòa, thời gian
thích hợp nên mc đ thủy phân ít và collagen vẫn gi được cu trúc mch dài, và do
đ khối lượng phân tử của collagen lớn. Trong khi, để sn xut gelatin và collagen
thủy phân thì ngư ời ta phi sử dng tc nhân và điu kin tiến hành khác nghit hơn,
tn công vào c các cu trúc xon của sợi collagen nên sn phn to thành có khối
lượng phân tử nh và dao đng nhiu [34].
Tính chất


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 13

Trong nghiên cu của Phanat Kittiphattanabawon và cng s (2005), sau khi
phân tch đin di, các tác gi thu được kết qu v cu trúc và khối lượng phân tử
collagen như hình 1.4.2.

Hình 1.4.2 – Phân tch đin di SDS–PAGE collagen từ da (S) và xương (B) của
cá chỉ vàng dưi điều kin khử và không khứ
( M, I, II, III và V là cc collagen tương ứng làm mẫu chun) [24]


Kết qu trên cho thy, không có s khác nhau gia collagen da và collagen
xương. C hai loi collagen này đu có ít nht hai chuỗi α khác nhau (α1 và α2). N ếu
có thêm chuỗi α3 thì trong đi u kin phân tích này vẫn chưa xc đnh được. Kết qu
này cng phù h ợp collagen trích chiết t nhiu loài cá khác (Ciarlo và cng s 1997;
Kimura, 1985; Kimura & Ohno, 1987; Matsui và cng s, 1991; Nagai & Suzuki,
2000a, 2000b; Piez, 1965).
Cu trúc của collagen dưới điu kin khử và không khử đêu như nhau đối với
collagen t da và xương, chng t trong da và xương đu không có các liên kết
disulfur (-S-S-).
Nhìn chung, cu trúc collagen loi I cha ít cystein (0,2%), methionine (1,24-
1,33%) %) (Owusu-Apenten, 2002). Mà đây là hai amino acid chủ yếu to nên các cu
nối disulfur nên số lượng các liên kết disulfur trong collagen loi I là rt ít. Tóm li,
kết lun của tác gi là collagen thu nhn được t da và xương c chỉ vàng chủ yếu là
collagen loi I, cu trúc gm hai chuỗi α (α1 và α2).
Trong nghiên cu của Nagai và cng s (2000), các tác gi đã sử dng phương
php đin di SDS-PAGE theo phương php của Weber và Osborn (1969) để xc đnh
các chuỗi collagen. Trong đ, mẫu collagen được hoà tan vào sodium phosphate
0,02M (pH 7,2) cha 1% sodium dodecyl sulfate (SDS) và 3,5M urea. Đin di được
tiến hành trên 3,5% gel với đm phosphate 0,1M (pH 7,2) cha 1% SDS.
Tính chất

Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 14

Hình 1.4.3 - Sắc k đin di SDS-PAGE collagen loi I của da heo và collagen da cá
(Đin di trên 3,5% gel chứa urea 3,5M: (A) Da heo; (B) Cá Pecca; (C) Cá mập; (D) Cá
thu) [19]

Bng phương php đin di như đã nói trên, hình 2.23 cho th y collagen da của
cá pecca và cá mp gm 2 chuỗi α khc nhau, đ là α1 và α2. Trong đ, α2 có hàm
lượng rt nh. Nếu có α3 tn ti thì cng không thể tách khi α1 trong đi u kin đin
di này. Còn đ ối với cá thu, collagen dng α chỉ gm chuỗi α1 mà hoàn toàn không có
α2. Trong hình 1.4.3, có s tn ti của chuỗi β ở cá 3 loài cá.

1.4.3 Nhit độ biến tính
Khi thc hin quá trình biến tính collagen bng nhit, các tính cht vt lý của
collagen như đ nhớt, kh năng hòa tan, kh năng hp thu quang học thay đi. Đ nhớt
của collagen thay đi trong mt khong rng khi ta tăng nhit đ. Da vào s thay đi
đ nhớt của collagen theo nhit đ, người ta xc đnh nhit đ biến tính của collagen.
Đ nhớt của collagen gim dn theo chiu tăng của nhit đ. Theo đ th hình 1.4.4, ta
thy đ nhớt của collagen bt đu gim ở 30
o
C và đt n đnh ti 42,5
o
C. Khi đ nhớt
của collagen gim xuống thp hơn ½ gi tr ban đu (ti nhit đ phòng tc là 25
o
C)
thì collagen xem như bi ến tnh. Như vy, theo đ th bên dưới thì collagen biến tính ti
37,5
o

34
C. Khi biến tính, cu trúc xon ba sợi của collagen b phá vỡ, collagen chuyển
sang dng lõi xon ngẫu nhiên do có s phá vỡ liên kết hydro gia các sợi collagen
trong cu to của nó. Các dng trime (γ) chuyển thành dng dime (β) hoặc sợi đơn
(α) làm gim đ nhớt [ ].
Tính chất


Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 15

Hình 1.4.4 – Đưng cong biến tính nhit của collagen, gelatin và collagen thủy phân [34]
Đ nhớt của dung dch collagen gim liên tc khi ta tăng nhit đ. Tốc đ gim
đ nhớt của dng dch collagen cng gi m dn khi nhit đ tăng. Người ta xc đnh
nhit đ biến tính cu collagen da vào s thay đi đ nhớt của nó theo nhit đ. Nhit
đ mà ti đ đ nhớt của dung dch collagen gim chỉ còn mt nửa so với dung dch
collagen ở nhit đ phòng là nhit đ biến tính của collagen. Khi nhit đ nh hơn
nhit đ biến tính thì đ  nhớt của collagen gim nhanh, còn khi nhit đ lớn hơn nhit
đ biến tính thì dung dch collagen c đ nhớt gim rt chm và dn đt n đnh. Có
thể gii thích s gim đ nhớt của collagen khi ta biến tính collagen bng nhit là do
s đt các liên kết hydro trong cu to phân tử của collagen, đng thời cu trúc xon
lò xo 3 sợi của collagen cng b  phá vỡ, collagen chuyển cu trúc thành các dng xon
ngẫu nhiên, cu trúc dng γ chuyển thành β và α [24].
Nhit đ biến tính collagen da cá thp, 26,5
o
C (cá pecca), 25,6
o
C (cá thu),
25,0
o
C (cá mp) thp hơn khong 10

o
C so với collagen da heo (37
o
19C) [ ]. Nhit đ
biến tính của collagen t da c vược Nht Bn, cá thu, cá mp đu bò, cá nóc mt đơn
trong khong 25-28
o
C; còn của collagen t xương c vược Nht Bn, cá ng, cá thu
nga khong 29,5-30
o
24C [ ].
Lê Th Hng Nhan (2009) có nghiên cu trên loài cá basa (Pangasius Bocourti)
nuôi ti các tỉnh đng bng sông Cửu Long, Vit Nam. Tác gi cng c mt số phân
tích trên sn phm collagen thu được. Trong đ, nhit đ biến tnh collagen được xác
đnh bng phương php đo đ nhớt, sử dng thiết b Brookfield viscometer HDBV- II.
Phân tch đ nhớt được thc hin trong mt bể nước. Nhit đ bể được cài đặt t 30
o
C