Thành phần, cấu tạo, tính chất, quá trình chuyển hóa và ứng dụng cua Gelatin

Hóa Sinh Đại Cương
___o0o___
Thành phần, cấu tạo, tính
chất, quá trình chuyển hóa
và ứng dụng của gelatin
Thực hiện: nhóm 4

Danh sách thành viên:

Nguyễn Thị Xuân Hảo

Trương Thị Mỹ Dung

Triệu Đức Huân

Trần văn Sấm

Lê Thị Tuyết

Lời mở đầu

Ngày nay, chúng ta thường thấy gelatin trong nhiều
lĩnh vực của cuộc sống hiện đại. Cho nên, trong tương lai,
những quan tâm về gelatin không chỉ giới hạn cho các ứng
dụng trong thực phẩm, trong y học, trong y tế, trong nhiếp
ảnh, trong khoa học kỹ thuật mà còn trong nhiều lĩnh vực
khác, Nhờ đó, gelatin đã trở thành mối quan tâm của
nhiều người trong xã hội. Bài thuyết trình này sẽ cung cấp
cho mọi người những thông tin cơ bản về gelatin, để làm
tiền đề nghiên cứu sâu hơn về gelatin.

Tổng quan
Tổng quan
I. GIỚI THIỆU
II. TÍNH CHẤT
III. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG
GELATIN
IV. ỨNG DỤNG
V. CÁC SẢN PHẨM MỚI CỦA GELATIN

I. Giới thiệu
1. Nguồn gốc

Gelatin không có sẵn trong tự nhiên nhưng nó được tìm
thấy từ protein collagen gốc bằng quá trình phá hủy cấu
trúc bậc 2 hoặc cao hơn, ở các nhiệt độ khác nhau của quá
trình thủy phân polypeptit có trong xương và da. Tên
“gelatin” xuất phát từ tiếng la tinh “gelata”, từ “gelata”
miêu tả tính chất đặc trưng nhất của nó, ví dụ: sự hình
thành gel trong nước.



1.1 Khái niệm

Gelatine là các polypeptit cao phân tử dẫn xuất từ
collagen, là thành phần protein chính trong các tế
bào liên kết của nhiều loại động vật. Cấu tạo là một
chuỗi acid amin gồm 3 acid amin chủ yếu là
glyxin,prolin và hydroprolin.Trong phân tử gelatine

,các acid amin liên kết với nhau tạo chuỗi xoắn ốc
có khả năng giữ nước.

Thành phần axit amin có trong gelatin là: Aspartic
axit (6%), Arginin (8%), Alanin (9%), Glutamic
axit (10%), Prolin và Hydroprolin (25%),Glycine
(27 % ), các axit amin khác (10%).

Gelatin là sản phẩm của quá trình thủy phân một
phần collagen. Lấy từ các lò mổ, thuộc da.

2. Colagen
Collagen và elastine là 2 protein chiếm trên 50% protein có
trong xương, da, gân, sụn và hệ thống tim mạch. Nó là protein
hình sợi không đàn hồi được. Do đó bảo vệ cơ thể chống lại sự
kéo căng.Ở trạng thái tự nhiên, Collagen bị pepsine và Collagen
thủy phân sau khi biến tính mới bị trypsine, chymotrypsine,
cacbonxypeptydase thủy phân. Trong quá trình gia tăng nhiệt
độ tới 50°C, phân tử bị co ngắn 1/3. Khi đến 61°C, gần 1/2 số
sợi Collagen bị co. Khi nhiệt độ 100°C, Collagen bị hòa tan và
tạo ra Gelatine.

3. Phân loại

Gelatine phân làm hai loại:

Gelatine loại A: Gelatine lọai A là Gelatine
được chế biến theo phương pháp acid

Gelatine loại B: Gelatine loại B là Gelatine

được chế biến theo phương pháp kiềm.

4. Sản xuất

Collagen là nguyên liệu thô cơ bản cho công nghiệp sản
suất Gelatine, là cấu tử chính của tất cả các mô liên kết có
sợi trắng xuất hiện trong cơ thể động vật như: sụn, các
đường gân, lớp màn bọc trong suốt bao quanh các cơ và sợi
cơ, da và ossein (hỗn hợp Protein và xương). Mặc dù tỉ lệ
của các amino acid trong chuỗi collagen và gelatine tương
đối giống nhau, nhưng tính chất vật lý và tính chất hóa học
của 2 protein này lại khác xa nhau. Ví dụ: trong acid loãng
hay kiềm Collagen sẽ phồng lên ( hydrat hóa) nhưng không
tan, trong khi đó gelatine sẽ tan. Ở nhiệt độ ấm (ít hơn 50°C)
Gelatine tan ở tất cảc các pH để hình thành một hỗn hợp
nhớt, còn Collagen chỉ đơn thuần co lại và mất khả năng giữ
nước. Để sản xuất Gelatine, nguyên liệu thô có thể là bất kì
nguyên liệu nào có chứa Collagen, nhưng da sống, vỏ hoặc
xương là nguyên liệu được ưu tiên. Nguyên liệu thô được
rửa để loại bỏ đất và tạp chất trên bề mặt.


Xương được chế biến từ nhiều cách khác nhau, sau quá
trình rửa, giã nát và rửa lại, chúng sẽ được đưa đi xử lý
acid (thường là HCl 4 – 7%) từ 5-7 ngày để loại bỏ hoặc
lọc ra canxi photphat và giữ lại phần cặn của xương
Collagen hoặc ossien.

Nguyên liệu thô cô đặc từ tất cả các nguồn được sản
xuất trực tiếp hoặc có thể sấy khô và lưu trữ. Sau quá trình

xử lý sơ bộ được miêu tả ở trên, nguyên liệu thô được đưa
đi xử lý acid hoăc kiềm tùy thuộc vào mục đích sử dụng
cuối cùng của gelatine và nguồn collagen. Xử lý acid đặc
biệt hữu ích cho sự chuẩn bị các Gelatine từ da lợn và
ossein và được sử dụng rộng rãi ở Mỹ. Ở châu Âu, nguồn
nguyên liệu chính là từ da và xương, và quá trình xử lý
bằng kiềm là quá trình phổ biến hơn cả.

4.1 Quy trình sản xuất gelatin từ cá tuyết

4.2 Công nghệ sản xuất gelatine từ da

Nguyên liệu đầu vào ( da) được xe chở đến cân kiểm soát
nguyên liệu đầu vào và bộ phận KCS kiểm tra chất lượng
nguyên liệu.

Nguyên liệu từ cân kiểm soát nguyên liệu đầu vào được
rửa sạch khỏi những chất bẩn trong quá trình vận chuyển
cũng như thao tác làm việc.

Nguyên liệu được trộn với kiềm sau đó chuyển vào bồn
trung hòa để làm chua.

Nguyên liệu được làm chua bởi acid (PH=3-4) trong thời
gian 3-12h.

Nguyên liệu sau khi làm chua sẽ được đưa vào bộ phận
rửa nhằm loại bỏ acid thừa.



Nguyên liệu sau khi loại bỏ acid thừa sẽ được đưa vào bộ
phận trích ly ( nung ở nhiệt độ 70°C-90°C trong 4-6h )
nhằm thu được gelatin lỏng thô (collagen).

Gelatin lỏng thô (collagen) được lọc thô nhằm loại bỏ chất
cặn, đi qua bộ phận trao đổi ion và được gia nhiệt trở thành
gelatin lỏng tinh chất.

Gelatin lỏng tinh chất được đưa vào hệ thống cô đặc 3 hiệu
ứng ( thiết bị cô đặc chân không ) ở nhiệt độ 45-50°C làm
cho quánh đặc rồi đưa qua máy khử trùng.

Gelatin ra khỏi máy khử trùng được đưa vào máy làm sợi
và hệ thống sấy bằng hơi khô ( nhiệt độ 50°C đến 55°C)
nhằm khử ẩm và trở thành Gelatin bán thành phẩm.


Gelatin bán thành phẩm ra khỏi hệ thống sấy được đưa
vào máy nghiền nhằm nghiền mịn.

Gelatin được nghiền mịn được đưa vào máy trộn hỗn hợp
nhằm tạo màu theo yêu cầu của khách hàng.

Gelatin sau khi trộn màu được đưa vào bộ phận đóng gói
sản phẩm trở thành gelatin thành phẩm.

5. Quá trình xử lý gelatine
5.1 Xử lý bằng acid

Qúa trình này thích hợp cho các nguyên liệu chứa ít liên

kết như xương của gia súc non ,da lợn. Phương pháp xử lý
này trái ngược với quá trình xử lý bằng kiềm kéo dài,xử lý
bằng acid chỉ xảy ra trong khoảng thời gian từ 10 48 giờ.

Nguyên liệu sau khi rửa trong dung dịch acid loãng 1-5%
(acid HCL, H2SO4, H3PO4 ),pH thay đổi từ 3,5- 4,5 và
nhiệt độ tối ưu của quá trình là 15 độ C .Quá trình kết thúc
khi toàn bộ nguyên liệu được acid hóa hoặc đạt độ trương
nở tối đa,lượng acid thừa được loại ra và rửa nguyên liệu
đã xử lý bằng nước lạnh.

5.2 Xử lý bằng kiềm

Xương và da sống được ngâm vôi trong vài tuần nhằm
loại bỏ chất nhờn ,các protein yếu và nucopolysaccharide
và nột lượng nhỏ các thành phần hữu cơ khác. Mục đích
quan trọng nhất của quá trình này là phá hủy các liên kết
hóa học trong collagen và làm cho collagen hòa tan được
trong nước.

6. Quá trình trích ly gelatin

Để trích ly gelatine, nguyên liệu thô được đặt
trong thùng trích ly và được bao bọc bởi nước nóng
.Chuỗi quá trình trích ly được đưa qua nhiều nước
nóng liên tiếp một cách nhanh chóng, mỗi quá trình
trích ly đến một mức độ nào đó cần nhiệt độ nóng
hơn lần đầu tiên trong khoảng từ 55-100°C. Mỗi
quá trình trích ly thường kéo dài từ 4h đến 8h.
Chất lượng gelatine cao nhất, dù được quyết định

bởi khả năng tạo gel, nhưng khi trích ly ở những
nhiệt độ thấp hơn, ở những nhiệt độ này chuỗi
polypeptide ít thủy phân hơn. Mỗi quá trình trích ly
tiếp theo thì gel tạo ra sẽ ít hơn và sản phẩm có
màu đậm hơn.


Ở cuối các chu trình trích ly mỡ có thể được loại bỏ bởi
sự tách bọt và sau đó đem phần lỏng nấu hoặc làm lắng
trong một thời gian ngắn thì chất béo có thể được loại
bỏ.Tất cả phần lỏng chứa từ 2- 4% gelatine được lấy ra
trước quá trình thêm nước nóng .Các quá trình trích ly
khác nhau có thể được kết hợp với nhau để tăng đem lại
chất lượng gelatin theo yêu cầu trước quá trình lọc để loại
bỏ chất béo còn lại và các chất lơ lửng trong dung dịch.
Than hoạt tính được xử dụng để làm giảm màu sắc lượng
tro của gelatine trong lúc này là 2- 3% và nếu giá trị thấp
hơn yêu cầu thì sự trao đổi ion có thể được sử dụng. Nhiều
người dùng dược phẩm và phim ảnh chỉ định những lượng
tro thấp hơn.


Những chất lỏng nhẹ, là những chất hoàn toàn tinh khiết
và trong suốt, liên tục bốc hơi cho đến khi độ nhớt tăng
làm đẩy nhanh sự tập trung bằng sự bay hơi cưỡng bức.
Điều này xảy ra ở nồng độ khoảng 8-12% trong gelatine
chất lượng cao và khoảng 15-20% trong nguyên liệu chất
lượng thấp.

Sau quá trình bốc hơi là quá trình làm khô bằng không

khí, chất lỏng bắt đầu đưa lên một băng tải rộng liên tục để
sản xuất ra gel cứng. Những tấm gel mỏng được đặt trên
những tấm lưới kim loại và thổi không khí lạnh đi qua cho
đến khi một bề mặt nở ra, sau đó cho không khí nóng qua
để hoàn thành quá trình sấy. Tổng hợp tất cả những tấm
trong suốt được làm nền khi cần thiết.Ngoài ra, còn có
những phương pháp sấy khác bao gồm sấy phun và con lăn
khô.


Đối với gelatin thực phẩm, tất cả thiết bị cần phải
được chế tạo để tránh nhiễm kim lọai nặng và nhôm,
có thể sử dụng niken cho quá trình xử lý gelatin bằng
acid hoặc phổ biến hơn là sử dụng ion cho cả quá
trình xử lý bằng acid hoặc kiềm.

Gelatin trong sản phẩm, thành phần thực nghiệm
tương tự nhau. Điển hình là chứa 8-12% ẩm, ít hơn
mặc dù có sự khác biệt lớn về chức năng và thuộc
tính lưu biến nhưng có những 2% tro,phần còn lại là
protein(gelatin).

II. Tính chất

Về bản chất cấu tạo của gelatin là protein. Protein chiếm
từ 85-92%, còn lại là muối khoáng và luợng ẩm còn lại
sau khi sấy. Gelatin là chất rắn dạng miếng, vảy, bột hoặc
hạt, không mùi không vị, trong suốt có màu từ vàng nhạt
đến hổ phách. Gelatin tan trong nước nóng, các rượu đa
chức như: glycerol, propylene glycol, sorbitol…, acid

acetic và tan trong các dung môi hữu cơ. Gelatine trương
nở khi cho vào nước lạnh, lượng nước hấp thu gấp 5- 10
lần thể tích chính nó.

Gelatin được sản xuất bằng sự thủy phân hoàn toàn
collagen. Tương phản với cấu trúc protein hình cầu,
collagen có cấu trúc dạng thẳng, và cấu trúc giống sợi.

Cấu trúc của gelatine



1. Trong dung dịch


Các collagen đơn phân tử (tropocollagen) là bộ ba
chuỗi xoắn, có chiều dài khoảng 300 nm đường kính
nguyên tử 1,5nm và nặng khoảng 30000. Ở nhiệt
độ trung bình( ~ 40°C) cấu trúc xoắn tháo xoắn để
làm tăng hỗn hợp chuỗi xoắn α (khối lượng phân tử
khoảng 100000), chuỗi β chứa 2 liên kết đồng hóa trị
của chuỗi α và chuỗi γ có 3 chuỗi α liên kết với nhau
bằng liên kêt cộng hóa trị. Cấu tạo của những chuỗi
acid amin hơi bất thường ở bảng(4.2), bởi vì thành
phần glycine chiếm 1/3 tất cả các gốc và các
polypeptit cũng rất giàu proline và hydroxyproline.

Các acid amin chứa S hầu như không có và những
liên kết chéo trong chuỗi không có liên quan đến
những gốc đó.


Tuy nhiên, ở hầu hết các mô chỉ có một lượng nhỏ
collagen ( < 5%) tan trong acid loãng và nước muối và khi
sự trưởng thành tăng lên lượng collagen hòa tan bị giảm
sút. Bởi vì, nó cũng giống như các liên kết chéo trong nội
phân tử collagen thường chứa nhiều liên kết nội phân tử và
nó làm cho chuỗi có độ bền cao. Số lượng liên kết như thế
tăng lên.

Mặc dù ở nhiệt độ thấp nhưng những phân tử gelatin vẫn
dễ dàng kết hợp lại với nhau tạo thành dạng gel ở 40°C,
những gelatin trên được giả thiết để tồn tại như một vòng
xoắn ngẫu nhiên và hầu hết các phép đo vật lý cũng đều
thừa nhận điều này.