Đề tài tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm l

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ
THUẬT HÓA HỌC Bộ CÔNG NGHỆ THựC
PHẨM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ THựC PHẨM
(MSMH: 603136)
ĐẼ TÀI
TỔNG QUAN ỨNG DỤNG
COLLAGEN TRONG THựC PHẢM
SVTH: NGUYỀN HOÀNG PHONG
MSSV: 60701792
Lóp: HC07TP2
Ngành: Công nghệ thực phẩm
GVHD: TS. NGUYỀN HOÀNG DŨNG
Thành phổ Hồ Chỉ Minh, tháng 5 năm 2011
m
ĐỒ ÁN
MÔN HỌC
CÔNG NGHỆ THựC PHẨM
(MÃ số: 603136)
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HOÀNG PHONG Mã số sinh
viên: 60701792
1. Đầu đề đồ án
Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm .
2. Nhiệm vụ (nội dun^ yêu cầu)
Tổng quan tài liệu về ứng dụng collagen trong thực phẩm.
3. Nội dung các phần
Chương 1 - TONG QUAN VỀ COLLAGEN
1.1 Giới thiệu sơ lược về collagen
1.2 Thành phần và cấu trúc
1.3 Phân loại

1.4 Tính chất
1.5 Thu nhận collagen
1.6 ứng dụng của collagen
Chương 2 - ỨNG DỤNG COLLAGEN TRONG THựC PHẨM
2.1 Collagenbột
2.2 ứng dụng collagen trong chế biến các sản phấm thức uống
2.3 ứng dụng collagen trong chế biến các sản phẩm từ sữa
2.4 ứng dụng collagen trong chế biến thịt và thủy sản
2.5 Collagen được ứng d ụng trong nhiều sản phẩm khác nhau có tác dụng tốt cho xương
4. Các bản vẽ và đồ thị: không
5. Ngày giao đồ án: ngày 01 tháng 03 năm 2011.
6. Ngày hoàn thành đồ án: ngày 31 tháng 05 năm 2011.
Ngày tháng năm 2011 Ngày tháng năm 2011
Chủ nhiệm bộ môn Người hướng dẫn
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc
lập - Tự do - Hạnh phúc
Đại Học Quốc Gia TP .HCM
Trường Đại học Bách Khoa Khoa
Kỹ Thuật Hóa Học Bộ Môn Công
Nghệ Thực Phẩm
Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 2
MỤC LỤC
1.3.1
1.3.2 ứng dụng collagen trong ức chế sự oxy hóa chất béo trong sản phẩm thịt
TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined.
Mục lục
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 3
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.4.17 - Ket quả phân tích màu sắc nguyên liệu và sản phẩm theo hàm lượng
DANH MỤC HÌNH

Danh mục bảng
Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 4
LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam là quốc gia có tiềm năng xuất khẩu thủy sản rất lớn. Năm 2006, tổng sản
lượng cá tra, cá basa của các tỉnh ĐBSCL 825.000 tấn. Đầu năm 2008, đạt 1 triệu tấn, chủ yếu
là mặt hàng cá phi lê. Tại các nhà máy chế biến thủy sản, cá tươi được lóc hai miếng phi-lê để
chế biến xuất khẩu. Phần còn lại chiếm khoảng 60% gồm da, xương, đầu, bụng, mỡ, ruột, kỳ
vi Như vậy, sẽ có khoảng 600.000 tấn phụ phẩm sau xuất khẩu cần được xử lý. Hiện nay, mỡ
cá được nghiên cứu ứng dụng làm biodesel hoặc xuất thô sang Trung Quốc, các phần còn lại
được sản xuất thành bột cá làm thức ăn gia súc . Ngoài ra, ngành giết mổ và chế biến gia súc gia
cầm ở Việt Nam cũng thải ra một lượng phế phẩm khá lớn mà trong đó cũng chủ yếu là da và
xương .
Neu như phế phẩm của các ngành công nghiệp này ch ỉ được chế biến thành bột thức ăn
gia súc hay các dạng sản phẩm thô , giá trị thấp khác thì hiê u quả kinh t ế mang lại không cao
hoặc nếu như loại bỏ hẳn t hì phải tốn thêm chi phí cho việc xử lý chất thải . Trong khi, thành
phần chính trong da, xương là collagen có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm,
dược phẩm và gần đây được ứng dụng khá nhiều trong công nghiệp thực phẩm . Cho nên việc
ứng dụng các phụ phẩm này vào nhiều ngành khác nhau , đặc biệt là trong ngành thực phẩm có
ý nghĩa đặc biệt quan trọng . vấn tách chi ết collagen trong da đã được nghiên cứu nhiều và
cũng đạt nhiều thành công đáng kể .vấn đề còn lại cấp bách hiện nay là cần tiếp tục nghiên cứu
để ứng dụng sản phẩm collagen thu được vào chế biến các sản phẩm công nghiệp khác nhau
nhằm nâng cao giá trị kinh tế của collagen, đồng thời giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi
trường.
Nhiệm vụ của đồ án này là bước đầu tổng quan tài liệu về
ứng dụng collagen trong ngành thực p hẩm, góp phần giải
quyết vấn đề cấp thiết nêu trên . Nội dung chính của bài
viết liên quan đến các phương pháp ứng dụng collagen trong
các sản phẩm thực phẩm khác nhau như các sản phẩm thức uống
, các sản phẩm chế biến tò sữa , các sản phẩm thịt và thủy
sản, collagen dạng tổng hợp nhằm khai thác các tính chất

công nghệ cũng như giá t rị y học của collagen , từ đó nâng
cao giá trị và tính thương mại của collagen .
Lời mở đầu
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm X
Chương 1
TỎNG QUAN VÈ COLLAGEN
1.1 Giói thiệu sơ lược về collagen
Collagen là thành phần protein chủ yếu của các mô liên kết. Collagen chiếm khoảng 25%
protein tổng số trong cơ thể động vật và là thành phần chủ yếu của khung mạng ngoại
bào.Collagen là protein dạng sợi xoắn. Collagen được tìm thấy trong tất cả các loài động vật đa
bào. Nó có trong các mô liên kết của tim, mạch, da, giác mạc, sụn, sừng, dây chằng, xương,
răng, Collagen cũng đư ợc tìm thấy ở các mô bên trong của hầu hết các cơ quan. Collagen tạo
nên độ bền của mô, cơ quan và duy ữ d ạng cấu trúc của chúng. Collagen rất đa dạng về thành
phần và cấu trúc. Ngày nay, người ta đã tìm ra khoảng 28 loại collagen khác nhau[2, 3, 26].
Do có cấu trúc và tính chất hóa học đặc biệt, collagen được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như: ngành da, phim, mỹ phẩm, y học, dược phẩm, vật liệu sinh học và thực phẩm [2].
Nhìn chung, trong ngành công nghiệp collagen, các dạng collagen thươnp mại đều từ da và
xương động vật có vú như trâu, b, heo, , phế thải của ngành chế biến gia cầm. Tuy nhiên, nguồn
động vật ở cạn này không phù hợp với nhiều vùng tín ngưỡng, tôn giáo; khó điều khiển về chất
lượng và có thể lây nhiễm các tác nhân sinh học và chất độc như: BSE (bệnh bòđiẽn), FMD (b ệnh
lở mồm long móng). Vì thế, hiện nay người ta tìm nguồn thu nhận collagen mới từ các loài cá và
thủy sản khác[2].
1.2 Thành phần và cấu trúc
Trước khi tìm hiểu về collagen, chúng ta sơ lược đôi nét về protein. Protein là một hợp chất
đại phân tà được tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là các acid amin (hình 2.1). Acid aminđư ợc
cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhóm amin (-NH
2
), hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối
cùng là nguyên tử cacbon trung tâm đính với 1 nguyên tử hyđro và nhóm biến đổi R quyết định
tính chất của acid amin. Khoảng 20 acid amin (ẵ đư ợc phát hiện trong thành phần của tất cả các

loại protein khác nhau trong cơ thể sống.
Protein có bốn bậc cấu trúc:
c ẩ u t r ú c b ậ c m ộ t : Các acid amin nối với nhau bởi liên kết peptide hình thành nên
chuỗi polypeptide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của acid amin thứ nhất và cuối mạch là
nhóm cacboxyl của acid amin cuối cùng, cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp
của các acid amin trên chuỗi polypeptide, cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì
trình tự các acid amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi
polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như
vai trò của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các acid amin có thể dẫn đến sự biến đổi
cấu trúc và tính chất của protein.
C ấ u t r ú c b ậ c h a i : là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian.
Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn a \ ầ cấu trúc
nếp gấp ß, đư ợc cố định bởi các liên kết hyđro giữa những acid amin ở gần nhau. Các protein sợi
Tổng quan về collagen
Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 6
như keratin, collagen (có trong lông, tóc, móng, sừng) gồm nhiều xoắn a, trong khi các protein c
ầu có nhiều nếp gấp ß hơn.
C ấ u t r ú c b ậ c b a : Các xoắn a W L phiến gấp nếp ß có thể cuộn lại với nhau thành
từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein, cấu trúc không gian này có vai trò
quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein, cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính
chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide.Chẳng hạn nhóm -R của cystein có khả năng tạo
cầu disulfur (-S-S-), nhóm -R của proline cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ
xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị
nước thì chui vào bên trong phân tử Các liên kết yếu hơn như liên kết hydro hay liên kết điện
hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu.
C ấ u t r ú c b ậ c b o n : Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối
hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các
chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như
liên kết hydro.
Phân loại protein: Có nhiều loại protein, mỗi loại đảm nhiệm một vai trò khác nhau trong cơ

thể:
Bảng 1.2.1- Phân loại protein theo chức năng của chúng trong cơ thể
LOAI PROTEIN CHỨC NĂNG
Protein câu trúc Câu trúc, nâng đỡ
Protein enzyme
Xúc tác sinh học: tăng nhanh, chọn lọc các
phản ứng sinh hóa
Protein hormone Điêu hòa các hoạt động sinh lý
Protein vận chuyên Vận chuyên các chât
Protein vận động
Tham gia vào chức năng vận động của tê bào
và cơ thể
Protein thụ quan
Cảm nhận, đáp ứng các kích thích của môi
trường
Protein dự trữ Dự trữ chât dinh dưỡng
Collagen là loại protein cấu trúc trong cơ thể động vật. Nó được phân bố trong các bộ phận
như da, cơ, gân, sụn, dây chằng xương và răng Trong thành phần của da, ở lớp bì chứa rất nhiều
collagen tạo ra một hệ thống nâng đỡ, hỗ trợ cho các đặc tính cơ học của da như sức căng, độ đần
hồi, duy trìđ ộ ẩm Tùy theo từng độ tuổi, điều kiện sống, tác nhân môi trường, da có thể bị lão
hóa hoặc tổn thương, sợi collagen mất dần tính đàn hồi và săn chắc do cấu trúc collagen bị phá vỡ.
1.2.1 Cấu trúc phân tử collagen
về cấu trúc của phân tử collagen, phân tử collagen hay còn gọi là tropocollagen là một cấu
trúc dạng sợi hình ống chiều dài khoảng 300nm, đường kính 1,5 nm. Mỗi sợi collagen này được
cấu tạo từ ba chuỗi polypeptide nối với nhau bằng các liên kết hydro và xoắn lại với nhau giống
như sợi dây thừng (hình 1.2.1).
Tổng quan về collagen
Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 7
Mỗi một vòng xoắn có độ dài là 3,3 gốc amino acid, chiều cao là 2,9 A°. Mỗi một chuỗi
polypeptide trong collagen được cấu tạo từ các amino acid theo một trật tự,

Tổng quan về collagen
Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 8
Hình 1.2.1 - Chuỗi xoắn collagen gồm 3 dây xoắn chặt
Tổng quan về collagen
Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 9
thông thường là Gly - Pro - Y, hoặc Gly - X - Hyp (hình 1.2.2). Trong đó, X, Y là những đơn vị
amino acid khác. Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) chiếm khoảng 1/6 chuỗi, glycine chiếm
khoảng 1/3 chuỗi. Tổng cộng chỉ riêng proline, hydroxyproline, và glycine chiếm 1/2 chuỗi
collagen. Các amino acid còn lại chiếm 1/2 [25].
Glycine đóng một vai trò hết sức quan trọng trong cấu trúc sợi siêu xoắn của collagen.
Tropocollagen liên kết với nhau theo kiểu đầu nối đuôi tình thà nh collagen fibril. Các collagen
fibril này bó lại với nhau hình thành sợi collagen siêu cáp - collagen fiber (hình 1.2.3). Vì the
collagen rất chắc, dai, và bền.
(a) Cấu trúc khái quát 3 chuỗi xoắn a cùa collagen.
(b) Phân tử collagen.
(c) Collagen fibril đường kính từ 10 đến 300nm.
(d) Collagen fibril bó lại với nhau hình thành sợi collagen siêu cáp - collagen fiber, đường
kính từ 0,5 đến 3 Jim.
1.2.2 Thành phần hóa học của collagen
về thành phần các acid amin: trong collagen chứa rất ít hoặc không chứa cystein và
tryptophan, nhưng chứa rất nhiều hydroxyproline. Hydroxyproline này là một acid amin đặc trưng
của collagen mà các loại protein khác không có.
Tổng quan về collagen
Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 10
Hình 1.2.2 - Từng bậc cấu tạo trong phân tử collagen [8]
(a) Chuỗi polypeptide bậc một.
(b) Cấu trúc xoắn a bậc hai và bậc ba.
(c) Cấu trúc so le bậc bốn
a b c d
Hình 1.2.3 - Cấu trúc sọi collagen [22]

Trong phân tử tất cả các loại collagen, luôn có sự lặp lại của cấu trúc X-Y-Gly, trong đó X,
Y có thể là bất kỳ acid amin nào. Tuy nhiên, ở vị 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 nhất trong
phân tử collagen (10,5%) [27].
Bảng 1.2.2 - So sánh thành phần amino acid của một số ỉoạỉ protein (gam amỉno acịd/100
gam proteịn) [7,12, 28] ______________
Protein
COLLAGEN (từ
da cá phổi)
CASEIN ALBUMIN
Amino acia"\^ (từ sữa dê) (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
Hydroxyproline9,80
- -
Hydroxylysine0,88
- -
Arginin
-
3,90
-
Tryptophan
- - -
Tổng quan về collagen
Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 11
Thành phần amino acid của collagen từ các nguồn thu nhận khác nhau (cơ quan, loài động
vật, ) thì khác nhau. Bên á’ ới là thành phần amino acid của một số loại collagen từ một số loài
động vật khác nhau.
Bảng 1.2.3 - Thành phần amino acid của collagen vảy cá Rohu và cá Catla (số gốc amino
______acid trẽn tồng số 1000 gốc 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 phần và cấu trúc
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 12
Bảng 1.2.4 - Sự khác nhau về hàm lương hydroxyproline và nhiệt độ biến tính của
__________collagen từ các nguồn thu nhận khác nhau [23] ___________
Môi
trường
sống
Sinh vật
Nguồn

thu
nhận
Hàm lượng
Hydroxyproline
(gốc/1000 gốc
amino acid)
Nhiệt độ
biến tính
(°C)
Nguồn
tham
khảo
Trên
cạn
Bê Da 94 40,8
Ikomaa và
cộng sự.
(2003)
Lợn Da 93 37
Nước
ngọt
Cá R o h i t a và
cá C a t ỉ a
Vảy 83 36,5
Pati
Falguni và
cộng sự
(2010)
Cá
O r e o c h r o m

- i s
n i ỉ o t i c a s
Vảy 83 35,7
Ikomaa và
cộng sự.
(2003)
Cá chép bạc
( H y p o p h t h -
a l m i c h t h y s
m o l ừ r i x )
Da 84 34,5
Rodziewi
cz-
Motowidỉ 0
và cộng sự.
(2008)
Cá C y p r i n u s
c a r p ỉ o
Da 76 28,0
Duan và
cộng sự.
(2009)
Vảy 77 28,0
Xương 80 28,0
Biển Cá P r a g u s Vảy 73 29,9
Ikomaa và
cộng sự.
(2003)
Cá cóc lưng đen
( . L a g o c e p h

- a ỉ u s
g l o v e r i )
Da 77 28,0
Senaratne
và cộng
sự.
(2006)
Cá nóc măt đơn
(T a k i f u g u
r u b r i p e s )
Da 67 28,0
Nagai và
cộng sự.
(2002)
Biển
sâu
Cá trông đỏ
( S e b a s t e s
m e n t e l l a )
Da 64 16,1
Wang và
cộng sự.
(2008)
Vảy 65 17,7
Xương 61 17,5
Cá hồi
0G a d u s
s p . )
Da 53 15,0
Sadowska

và cộng
sự.
(2003)
Thành phần và cấu trúc
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 13
1.3Phân
loai •
Collagen là thuật ngữ chung cho nhóm protein có cấu túc xoắn anpha của ba sợi
polypeptide, và tất cả các loại protein collagen đều có cấu trúc siêu phân tử mặc dù kích
thước, chức năng và sự phân bố của chúng trong các mô khác nhau rất nhiều. Hiện nay,
người ta đã tìm ra hơn 28 loại collagen khác nhau.
Dựa vào cấu trúc và tổ chức siêu phân tử của collagen, chúng có thể được nhóm lại
thành các nhóm: collagen dạng sợi (fibril-forming collagen), collagen tổ hợp sợi (fibril-
associated collagen (FACIT)), collagen transmembrane, collagen trên nen membrane và
các loại collagen khác với cấu trúc đặc biệt.
Bảng 1.3.1 - Phân loại collagen [27]
Loai Nhóm Thành phân Phân bô
I Sợi al[I]a2[I] Da, xương, gân, dây chăng
II Sợi al[II]3 Sụn
III Sợi al[III]3 Da, máu, mạch, ruột
IV Mạng lưới al[IV]2a2[IV] Màng membranes
a3[rv]a4[rv]a5[iv]
a5[IV]2a6[IV]
V Sợi al[V]3
Xương, gân, giác mạc, nhau
thai
al[V]2cx2[V]
al[V]a2[V]a3[V]
VI Mạng lưới
a 1 [VI] a2 [VI] a3

[VI]
Xương, gân, sụn
a 1 [VI] a2 [VI] a4
[VI]
VII Sơi mỏ neo al[VII]2a2[VII] Gân, bang quang
VIII Mạng lưới
al[VIII]3
a2[VIII]3
al[VIII]2a2[VIII]
Gân, não, tim, thận
IX
Collagen dạng
sợi kết hợp xoắn
gián đoạn (Fibril-
Associated
Collagens with
interrupted Triple
helices - FACIT)
l[IX]a2[IX]a3[IX] Sun, giác mạc
X Mạng lưới al[32]3 Sun
XI Sơi 1 [XI]a2[XI]a3 [XI] Sun
XII FACIT al[XII]3 Gân, dây chăng
XIII
Collagen dạng
màng kết hợp xoắn
gián đoạn
(Membrane -
Associated
Collagens
—

Màng tê bào, gân, sụn
Thành phần và cấu trúc
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 14
with /nterrupted
Triple helices -
MACIT)
XIV FACIT al[XIV]3 Xương, sụn, dây chăng
XV
Dạng ghép kênh
(multiplexins)
—
Mao mạch, tinh hoàn, thận,
tim
XVI FACIT
—
Hạ bì, thận
XVII MACIT al[XVII]3
Hemidesmosomes trong biểu
mô
XVIII MULTIPLEXED
—
Tâng hâm màng, gan
XIX FACIT
—
Tâng hâm màng
XX FACIT
—
Giác mạc (gà)
XXI FACIT
—

Dạ dày, thận
XXII FACIT — Mô nút giao
XXIII MACIT — Tim, võng mạc
XXIV Sơi — Xương, giác mạc
XXV MACIT — Não, tim, tinh hoàn
XXVI FACIT Tinh hoàn, buông trứng
XXVII Sợi — Sụn
XXVIII —
—
Hạ bì, dây thân kinh hông
Thành phần và cấu trúc
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 15
1.4Tính chất
Để có thể được ứng dụng một cách hiệu quả thì collagen thành phẩm phải có độ tinh
sạch phù hợp và đồng thời phải biết rõ các tính chất quan trọng của colllagen như: thành
phần cấu trúc, khối lượng phân tử, thành phần amino acid và nhiệt độ biến tính và khả năng
hòa tan, trương nở của collagen.
Thành phần và tính chất của collagen tạo thành phụ thuộc nhiều vào nguồn nguyên
liệu sản xuất và cũng như phương pháp tách chiết và tinh sạch. Thành phần và tính chất của
collagen đã được nhiều tác giả nghiên cứu và đề cập.
1.4.1 Độ tinh sạch của collagen
Phanat Kittiphattanabawon và cộng sự (2005) đã tiến hành nghiên cứu trích chiết
collagen từ da và xương cá chỉ vàng. Ket quả phân tích nguyên liệu và sản phẩm thu được
như bảng bên dưới.
Bảng 1.4.1 - Kết quả phân tích thành phần nguyên liệu da, xương cá chỉ vàng và
________________ collagen trích chiết được [24] _________________
Thành phân (% khôi lượng) Hydroxyproline
Mau
Am Tro Chât 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 cộng sự (2009) đã đưa ra phương pháp định lượng collagen bằng sắc
kí lỏng hiệu năng cao. Xác định hàm lượng collagen dựa vào diện tích peak và dựa vào đồ
thị đường chuẩn mô tả mối tương quan giữa diện tích peak và hàm lượng hydroxyproline,
glycine, proline trong collagen. Tác giả cho rằng collagen là một chuỗi polipeptide trong đó
thành phần chủ yếu bao gồm 3 loại acid amin trên. Và hàm lượng collagen được tính như
sau:
^ Hyp + Gỉy + Pr o (jug / mg)
Hàm IvLỢng collagen (jUg / mg)
0,55
Tính chất
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 16
Tuy nhiên,
phương pháp đơn
giản hơn cho việc
định lượng
collagen là theo
phương pháp của
Sadowska
và cộng sự (2003).
Thông qua xác
định hàm lượng
hydroxyproline tính được lượng collagen tổng bằng công thức:
Hàm lượng collagen (ịig/mg) = hydroxyproline (ịxg/mg) X 14,7
1.4.2 Thành phần cấu trúc và khối lượng phân tử

Theo kết quả phân tích điện di, người ta xác định được khối lượng phân tử của
collagen loại I vào khoảng 200-300 kDa cao hơn so với gelatin (dưới 200-300kDa) và cao
hơn nhiều so với sản phẩm thủy phân collagen (dưới 50 kDa). Trong đó, cấu trúc chuỗi p có
phân tà lượng khoảng 200 kDa còn cấu trúc chuỗi a có phân tử lượng khoảng 100 kDa [34].
Do khi thu nhận collagen ta chỉ sử dụng các tác nhân để tấn công vào những cấu trúc
không phải chuỗi xoắn của collagen, điều kiện tiến hành ôn hòa, thời gian thích hợp nên
mức độ thủy phân ít và collagen vẫn giữ được cấu trúc mạch dài, và do đó khối lượng phân
tử của collagen lớn. Trong khi, để sản xuất gelatin và collagen thủy phân thì ngr ời ta phải
sử dụng tác nhân và điều kiện tiến hành khác nghiệt hơn, tấn công vào cả các cấu trúc xoắn
của sợi collagen nên sản phẩn tạo thành có khối lượng phân tà nhỏ và dao động nhiều [34].





I

> ~

     
Ham lượng coỉỉagen (^g/ml)
Hình 1.4.1 - Đồ thị đường chuẩn biểu thị mối tương quan giữa diện tích peak và
hàm lượng acid amin [31]


Tính chất
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 17
Trong nghiên cứu của Phanat Kittiphattanabawon và cộng sự (2005), sau khi phân
tích điện di, các tác giả thu được kết quả về cấu trúc và khối lượng phân tử collagen như
lình 1.4.2.

lion-reducing reducing
ị in
205 kDa —
-ß
— al (a 3J
— a2
Ket quả trên cho thấy, không có sự khác nhau giữa collagen da và collagen xương.
Cả hai loại collagen này đều có ít nhất hai chuỗi a khác nhau (al và a2). N ếu có thêm chuỗi
a3 tH trong đi ều kiện phân tích này vẫn chưa xác định được. Ket quả này cũng phù hợp
collagen trích chiết từ nhiều loài cá khác (Ciarlo và cộng sự 1997; Kimura, 1985; Kimura &
Ohno, 1987; Matsui và cộng sự, 1991; Nagai & Suzuki, 2000a, 2000b; Piez, 1965).
Cấu trúc của collagen dưới điều kiện khử và không khử đêu như nhau đối với
collagen từ da và xương, chứng tỏ trong da và xương đều không có các liên kết disulfur (-S-
S-).
Nhìn chung, cấu trúc collagen loại I chứa ít cystein (0,2%), methionine (1,24-
1,33%) %) (Owusu-Apenten, 2002). Mà đây là hai amino acid chủ yếu tạo nên các cầu nối
disulfur nên số lượng các liên kết disulfur trong collagen loại I là rất ít. Tóm lại, kết luận
của tác giả là collagen thu nhận được từ da và xương cá chỉ vàng chủ yếu là collagen loại I,
cấu trúc gồm hai chuỗi a (al và a2).
Trong nghiên cứu của Nagai và cộng sự (2000), các tác giả đã sử dụng phương pháp
điện di SDS-PAGE theo phương pháp của Weber và Osborn (1969) để xác định các chuỗi
collagen. Trong đó, mẫu collagen được hoà tan vào sodium phosphate
1, 02M (pH 7,2) chứa 1% sodium dodecyl sulfate (SDS) và 3,5M urea. Điện di được tiến hành
trên 3,5% gel với đệm phosphate 0,1M (pH 7,2) chứa 1% SDS.
— Y
116 kDa — 97.4 kDa —
Hình 1.4.2 - Phân tích điện di SDS-PAGE collagen từ da (S) và xương (B) của cá chỉ vàng
dưới điều kiện khử và không khứ ( M, I, II, III và V là các collagen tương ứng làm mẫu
chuẩn) [24]
flat I

(a3)- a
2-
Tính chất
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 18
(A) (B) (C) (D)
Hình 1.4.3 - Sắc kí điện di SDS-PAGE collagen loại I của da heo và collagen da cá (Điện di
trên 3,5% gel chứa urea 3,5M: (A) Da heo; (B) Cá Pecca; (C) Cá mập; (D) Cá
thu) [19]
Bằng phương pháp điện di như đí nói trên, hình 2.23 cho th ay collagen da của cá
pecca và cá mập gồm 2 chuỗi a khác nhau, đó làal \à a2. Trongđó, a2 có hàm lượng rất nhỏ.
Neu có a3 tồn tại thì cũng không thể tách khỏi al trongđi ều kiện điện di này. Cònđ ối với cá
thu, collagen dạng a chỉ gồm chuồi al mà hoàn toàn không có a2. Trong hình 1.4.3, có sự
tồn tại của chuỗi Ị3 ở cá 3 loài cá.
1.4.3 Nhiệt độ biến tính
Khi thực hiện quá trình biến tính collagen bằng nhiệt,
các tính chất vật lý của collagen như độ nhớt, khả năng
hòa tan, khả năng hấp thu quang học thay đổi. Độ nhớt
của collagen thay đổi trong một khoảng rộng khi ta tăng
nhiệt độ. Dựa vào sự thay đổi độ nhớt của collagen theo
nhiệt độ, người ta xác định nhiệt độ biến tính của
collagen. Độ nhớt của collagen giảm dần theo chiều tăng
của nhiệt độ. Theo đồ thị hình 1.4.4, ta thấy độ nhớt
của collagen bắt đầu giảm ở 30°c và đạt ổn định tại 42,5°c.
Khi độ nhớt của collagen giảm xuống thấp hơn V i giá trị
ban đầu (tại nhiệt độ phòng tức là 25°C) thì collagen
xem nhr bi ến tính. Như vậy, theo đồ thị bên dưới thì
collagen biến tính tại 37,5°c. Khi biến tính, cấu trúc xoắn
ba sợi của collagen bị phá vỡ, collagen chuyển sang dạng
lõi xoắn ngẫu nhiên do có sự phá vỡ liên kết hydro giữa
các sợi collagen trong cấu tạo của nó. Các dạng trime

(y) chuyển thành dạng dime (p) hoặc sợi đơn (a) làm giảm
độ nhớt [34].
Tính chất
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 19
Độ nhớt của dung dịch collagen giảm liên tục khi ta tăng nhiệt độ. Tốc độ giảm độ
nhớt của dụng dịch collagen (ùng gi ảm dần khi nhiệt độ tăng. Người ta xác định nhiệt độ
biến tính cảu collagen dựa vào sự thay đổi độ nhớt của nó theo nhiệt độ. Nhiệt độ mà tại đó
độ nhớt của dung dịch collagen giảm chỉ còn một nửa so với dung dịch collagen ở nhiệt độ
phòng là nhiệt độ biến tính của collagen. Khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ biến tính thì độ nhớt
của collagen giảm nhanh, còn khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ biến tính thì dung dịch collagen
có độ nhớt giảm rất chậm và dần đạt ổn định. Có thể giải thích sự giảm độ nhớt của collagen
khi ta biến tính collagen bằng nhiệt là do sự đứt các liên kết hydro trong cấu tạo phân tử của
collagen, đồng thời cấu trúc xoắn lò xo 3 sợi của collagen cũng b ị phá vỡ, collagen chuyển
cấu trúc thành các dạng xoắn ngẫu nhiên, cấu trúc dạng y chuyển thành ị3 và a [24].
Nhiệt độ biến tính collagen da cá thấp, 26,5°c (cá pecca), 25,6°c (cá thu), 25,0°c (cá
mập) thấp hơn khoảng 10°c so với collagen da heo (37°C) [19]. Nhiệt độ biến tính của
collagen từ da cá vược Nhật Bản, cá thu, cá mập đầu bò, cá nóc mắt đơn trong khoảng 25-
28°C; còn của collagen từ xương cá vược Nhật Bản, cá ngừ, cá thu ngựa khoảng 29,5-30°C
[24].
Lê Thị Hồng Nhan (2009) có nghiên cứu trên loài cá basa ( P a n g a s i u s
B o c o u r t i ) nuôi tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, Việt Nam. Tác giả cũng có một
số phân tích trên sản phẩm collagen thu được. Trong đó, nhiệt độ biến tính collagen được
xác định bằng phương pháp đo độ nhớt, sử dụng thiết bị Brookfield viscometer HDBV- n.
Phân tích độ nhớt được thực hiện trong một bể nước. Nhiệt độ bể được cài đặt từ 30°c
lên 50°c với tốc độ 5°c/phút và giữ ở 50°c trong 10 phút. Kết quả độ nhớt giảm khi ta
tăng nhiệt độ (hình 1.4.5). Từ đó đã xác đ ịnh được nhiệt độ biến tính của collagen từ da
cá basa là khoảng gần 40°c.
Tính chất
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 20
Nhiêt đô (°C)

Hình 1.4.4 - Đường cong biến tính nhiệt của collagen, gelatin và collagen thủy phân [34]
Nhiêt đô (°C)
Hình 1.4.5 -Biểu đồ sự phụ thuộc độ nhớt theo nhiệt độ [20]
Nhiêt đô (°C)
Hình 1.4.6 - Sự thay đối độ nhớt của dung dịch collagen (trong acid acetic) từ da và xương
cá chỉ vàng theo nhiệt độ [24]
Tính chất
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 21
1.4.4 Thành phần amino acỉd
về phân tích thành phần amino acid, mẫu collagen được thủy phân trong điều kiện
giảm áp, trong dung dịch HC1 đậm đặc (thường dùng HC1 6M), ở nhiệt độ cao (khoảng
111°C). Dịch thủy phân được phân tích trên máy phân tích amino acid.
Bảng 1.4.2 - Thành phần amino acỉd của dung dịch collagen da cá nóc [18]
Amino acid Sô lượng
(số gốc/ 1000 gốc)
Hydroxyproline 67
Aspartic acid 50
Threonine 25
Serine 48
Glutamic acid 87
Proline 103
Glycine 351
Alanine 106
Half-cystine 2
Valine 17
Methionine 14
Isoleucine 12
Leucine 23
Tyrosine 4
Phenylalanine 10

Tryptophan 0
Lysine 19
Histidine 8
Arginine 54
Tong 1000
Bảng 1.4.3 -Thành phần amino acid của dung dịch collagen da và xương cá chỉ vàng
chiết bằng pepsin [24]
Amino acid Da
(số gốc/ 1000 gốc)
Xương (số gốc/1000
gốc)
Asp 51 47
Hyp 77 68
Thr 29 25
Ser 36 34
Glu 78 74
Pro 116 95
Gly 286 361
Ala 136 129
Val 22 17
Met 12 8
Ile 5 5
Leu 24 25
Tính chat
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 22
Tyr 4 2
Phe 15 12
Hyl 10 20
Lys 31 25
His 10 6

Arg 60 46
Tông 1000 1000
Qua một số kết quả phân tích trên, ta thấy glycine là thành phần acid amin chủ yếu
trong collagen (khoảng 30-35% tổng so acid amin).
1.4.5 Khả năng trương nở, hòa tan
Khả năng hòa tan của collagen phụ thuộc nhiều vào pH và nồng độ muối trong dung
dịch. Kittiphattanabawon và cộng sự (2005) đã khảo sát ảnh hưởng của pH và nồng độ NaCl
lên khả năng hòa tan của collagen từ da và xương cá chỉ vàng.
Độ hòa tan của collagen đạt cao nhất tại pH=2 đối với collagen từ da và tại pH=5 đối
với collagen từ xương. Nói chung, cả hai dạng collagen đều tan tốt trong vùng pH acid và
độ hòa tan giảm nhanh khi pH tiến về trung tính. Tuy nhiên, khi nồng độ acid trong dung
dịch quá cao (pH<2) thì lại làm han chế khả năng hòa tan c ủa collagen.
Khi pH lớn hon pl tà protein tíchđi ện âm, còn khi pH nhỏ hơn pl tlì protein tích điện
dương. Khi đó, protein tương tác và liên kết nhiều với nước hơn so với giữa các phân tử
protein với nhau. Do đó, khi pH càng xa pl tlì đ ộ hòa tan của nó càng tốt.
Độ hòa tan của collagen trong dung dịch acid acetic 0,5M có mặt NaCl vẫn tốt khi
nồng độ NaCl nhỏ hơn 3%. Khi nồng độ NaCl lớn hơn 3% ứì có s ự giảm đột ngột độ hòa
tan của collagen (từ trên 90% xuống dưới 40%). Nguyên nhân là do tại nồng độ này của
NaCl làm gia tăng các tương kỵ nước, làm giảm liên kết giữa protein với nước và dẫn đến
sự tủa protein. Từ đồ thị ta thấy collagen từ xương cá chỉ vàng chị muối tốt hơn collagen từ
da cá chỉ vàng.
Sự khác nhau về khả năng hòa tan c ủa các loại collagen là do sự khác nhau về đặc
điểm cấu trúc phân tử của chúng.
Tính chất
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 23
Nồng đô NaCI (% (w/v))
Hình 1.4.8 - Sự thay đổi độ nhót tương đối (%) của collagen da và xương cá chỉ vàng
theo nồng độ NaCl [24]
1.4.6 Điểm đẳng điện (pl)
Điểm đẳng điện (isoelectric point - pl) là một thông số

quan trọng của protein, liên quan nhiều đến tỉ lệ các
gốc amino acid ngoài mạch chính thuộc về nhóm chức acid
hay base. Thông thường pl của collagen có giá trị khoảng
8,4, cao hơn cả gelatin (khoảng 4,9) và collagen thủy
phân (khoảng 4,6). pl của collagen nằm trong vùng pH
kiềm vì trong quá trình trích chiết, các gốc acid trong
mạch collagen bị trung hòa bởi các tác nhân có tính acid
[34].
Hình 1.4.7 - Sự thay đối độ nhót tương đối (%) của collagen da và xương cá chỉ vàng
theo pH [24]

Tính chat
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 24
1.5 Thu nhận collagen
1.5.1 Sự phá vỡ tế bào
Các phân tử collagen không có khả năng đi qua màng tế bào, cho nên cần phá vỡ cấu
trúc để chuyển collagen vào dung dịch. Người ta có thể phá vỡ cấu trúc tế bào bằng các biện
pháp cơ học như nghiền với bột thủy tinh hoặc cát thạch anh, làm đồng hóa bằng thiết bị
nghiền đồng thể (homogenizator). Thiết bị này có chày thủy tinh gắn với motor quay và có
thể điều chỉnh tốc độ quay theo yêu cầu. Các tế bào giữa chày thủy tinh và thành cối sẽ bị
phá hủy. Để tiện cho phá vỡ màng tế bào có hiệu quả, các mô tế bào thường được cho
trương nước. Ngoài ra còn có thể dùng sóng siêu âm, dùng các dung môi hữu cơ như
butanol, acetone, và các chất tẩy rửa. Các hóa chất này giúp cho việc phá vỡ các bào quan
của tế bào do trong các cơ quan này thường chứa mỡ. Điều này có thể giải thích tại sao
trước khi tách chiết collagen, da cá thường được tẩy rửa với các hóa chất trên, một mặt là để
loại sạch các tạp chất, mặt khác là để cho da được trương nở hoặc thành tế bào bị phá vỡ,
giúp collagen dễ dàng đi vào dung dịch tách chiết.
Sự tách chiết protein collagen: Sau khi cấu trúc tế bào bị phá vỡ, việc chiết tách
collagen dễ dàng hơn, có thể chiết bằng các dung dịch acid hoặc enzyme theo quy trình như
sau (hình 1.5.1)

Quá trình chiết collagen được thực hiện trong các thiết bị ở nhiệt độ lạnh, trong điều
kiện vô trùng, khuấy trộn liên tục để đảm bảo chiết được collagen có chất lượng tốt. Cách
thức hoạt động của emzyme pepsin : Điểm đẳng điện của pepsin khoảng pH
2, pepsin thuỷ phân mạnh các liên kết peptide nối mạch do các nhóm amin của các acid
amin thơm trong phân tử protein và peptide tạo thành, sản phẩm được tách ra là các peptide
và các acid amin tự do. Hoạt động trong môi trường acid, pepsin hoạt động thích hợp nhất
trong khoảng pH 1,5 - 2; ở điều kiện này pepsin không bền do có sự tiêu enzyme. Pepsin có
Hình 1.5.1 - Quy trình tách chiết collagen
Thu nhận collagen
Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 25