Nghiên cứu biện pháp tẩy màu cho collagen sản xuất từ da cá tra bằng phương pháp hóa học

i
LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ quý báu của
nhiều người. Cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
Thầy Nguyễn Anh Tuấn, cô Trần Thị Huyền cùng các thầy, cô giáo đã
nhiệt tình hướng dẫn cho em trong quá trình thực hiện đề tài cũng như trong
suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường Đại học Nha Trang.
Ban Giám hiệu trường đại học Nha Trang, Khoa Chế biến, phòng thực
hành công nghệ chế biến, phòng thực hành hóa sinh đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi và hỗ trợ cho em trong quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên
cứu của mình.
Gia đình, bạn bè đã luôn giúp đỡ, ủng hộ, động viên em rất nhiều
trong những năm tháng vừa qua.
Xin chân thành cảm ơn !

Nha Trang, tháng 7 năm 2011
Sinh viên thực hiện


Trịnh Đức Thắng
ii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU iv
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 2
1.1. CÁ TRA VÀ DA CÁ TRA. 2

1.1.1. Khái quát chung về cá Tra 2
1.1.2. Tình hình nuôi và xuất khẩu cá Tra hiện nay ở Việt Nam. 5
1.1.3. Da cá tra 7
1.2. COLLAGEN 8
1.2.1. Khái niệm. 8
1.2.2. Phân loại. 9
1.2.3. Cấu tạo và cấu trúc. 9
1.2.4. Các tính chất của Collagen 11
1.2.5. Ứng dụng của Collagen 15
1.2.6. Các nghiên cứu trong và ngoài nước 20
1.3. CÁC BIỆN PHÁP TẨY MÀU CHO THỰC PHẨM 21
1.3.1. Các biện pháp vật lý. 21
1.3.2. Các biện pháp hóa lý. 22
1.3.3. Các biện pháp hóa học 22
1.3.4. Các phương pháp khác. 24
CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25
2.1. ĐỐI TƯỢNG. 25
2.1.1. Da cá Tra. 25
2.1.2. Hóa chất 25
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 27
iii
2.2.1. Phương pháp thu và xử lý mẫu 27
2.2.2. Phương pháp phân tích 28
2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu 28
2.2.4. Thiết bị, dụng cụ sử dụng để thực hiện thí nghiệm 28
2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm. 29
2.3.1. Quy trình nghiên cứu 29
2.3.2. Quy trình nghiên cứu tổng quát 31
2.3.3. Bố trí thí nghiệm tổng quát 33
2.3.4. Bố trí thí nghiệm xác định hiệu quả tẩy màu sử dụng Calcium

hypochloride 35
2.3.5. Bố trí thí nghiệm xác định hiệu quả tẩy màu sử dụng Hydrogen
peroxide. 36
CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38
3.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TẨY MÀU BẰNG CALXIUM
HYPOCHLORIDE 38
3.1.1. Kết quả nghiên cứu tại công đoạn sau xử lý Acid 38
3.1.2. Kết quả nghiên cứu tại công đoạn sau chiết 41
3.1.3. Kết quả nghiên cứu tại công đoạn sau thu kết tủa 42
3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TẨY MÀU BẰNG HYDROGEN
PEROXIDE. 42
3.2.1. Kết quả nghiên cứu tại công đoạn sau xử lý Acid 42
3.2.2. Kết quả nghiên cứu sau công đoạn chiết 45
3.2.3. Kết quả nghiên cứu sau công đoạn thu kết tủa 46
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 50
I. KẾT LUẬN. 50
II. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN. 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
PHỤ LỤC 53

iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1: Một số loài trong giống cá Tra (Pagasius) ở Việt Nam 3
Bảng 1.2: Tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra 4
Bảng 1.3: Thành phần hóa học cơ bản của cá Tra 5
Bảng 1.4: Dạng cấu trúc phân tử của một số loại Collagen 11
Bảng 1.5: Các ứng dụng y học của Collagen 19
Bảng 3.1: Kết quả thử nghiệm tẩy màu bằng Ca(ClO)
2

sau công đoạn chiết. 41
Bảng 3.2: Kết quả thử nghiệm tẩy màu bằng Ca(ClO)
2
sau công đoạn thu tủa 42
Bảng 3.3: Kết quả thử nghiệm tẩy màu bằng H
2
O
2
sau công đoạn chiết. 45
















v
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1: Trạng thái bên ngoài của cá Tra 2
Hình 1.2 : Hình ảnh cấu trúc của Collagen 10

Hình 2.1: Nguyên liệu da cá Tra 25
Hình 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ Ca(ClO)
2
tại công đoạn tẩy màu sau xử lý Acid
đến màu sắc của Collagen 38
Hình 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ Ca(ClO)
2
tại công đoạn tẩy màu sau xử lý Acid
đến các tính chất của Collagen 38
Hình 3.3: Ảnh hưởng của thời gian xử lý Ca(ClO)
2
tại công đoạn tẩy màu sau xử lý
Acid đến màu sắc của Collagen. 40
Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian xử lý Ca(ClO)
2
tại công đoạn tẩy màu sau xử lý
Acid đến các tính chất của Collagen 40
Hình 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2
tại công đoạn tẩy màu sau xử lý Acid đến
màu sắc của Collagen 43
Hình 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2
tại công đoạn tẩy màu sau xử lý Acid đến
các tính chất của Collagen 43
Hình 3.7: Ảnh hưởng của thời gian xử lý H

2
O
2
tại công đoạn tẩy màu sau xử lý
Acid đến màu sắc của Collagen. 44
Hình 3.8: Ảnh hưởng của thời gian xử lý H
2
O
2
tại công đoạn tẩy màu sau xử lý
Acid đến các tính chất của Collagen 44
Hình 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2
tại công đoạn tẩy màu sau khi thu kết tủa
đến màu sắc của Collagen 46
Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2
tại công đoạn tẩy màu sau khi thu kết tủa
đến các tính chất của Collagen 47
Hình 3.11: Ảnh hưởng của thời gian xử lý H
2
O
2
tại công đoạn tẩy màu sau khi thu
kết tủa đến màu sắc của Collagen. 48
Hình 3.12: Ảnh hưởng của thời gian xử lý H

2
O
2
tại công đoạn tẩy màu sau khi thu
kết tủa đến các tính chất của Collagen 48

1
MỞ ĐẦU

Chế biến thủy sản đã và đang là một ngành kinh tế mũi nhọn của nước
ta. Trong đó lượng nguyên liệu còn lại trong quá trình chế biến các mặt hàng
thủy sản là rất lớn và là lĩnh vực tiềm năng để chúng ta khai thác và phát triển.
Cá Tra và Basa hiện được nuôi rất nhiều ở khu vực đồng bằng sông Cứu
Long và là một trong những mặt hàng chính của xuất khẩu thủy sản nước ta.
Theo tính toán thì nếu sản lượng cá Tra nguyên liệu đạt 1 triệu tấn thì các
nhà máy chế biến thủy sản sẽ phải loại bỏ hơn 600.000 tấn phế phẩm cá Tra. Do
đó, việc gia tăng giá trị sử dụng nguồn phế liệu này trở thành một yêu cầu cấp
thiết nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của nguyên liệu, tăng thu nhập cho nhà
sản xuất và giảm tác động xấu đến môi trường, chi phí xử lý chất thải.
Người ta đã chỉ ra rằng da cá là nguồn nguyên liệu để thu Collagen có
chất lượng tốt và an toàn cho người sử dụng trong khi đó hướng giải quyết
lượng phế liệu này mà mới chỉ dừng lại ở việc xuất khẩu da dưới dạng nguyên
liệu thô cho các công ty nước ngoài chế biến tiếp. Do vậy, giá trị kinh tế thu
được từ nguồn nguyên liệu dồi dào này chưa cao.
Hiện nay cũng đã có một số đề tài khoa học nghiên cứu về Collagen,
tuy nhiên sản phẩm thu được có màu sắc không được tốt nên giá trị và giá trị
sử dụng của sản phẩm là chưa cao. Xuất phát từ vấn đề thực tiễn này tôi đã
thực hiện đề tài “Nghiên cứu biện pháp tẩy màu cho Collagen sản xuất từ
da cá Tra bằng phương pháp hóa học”.
Ý nghĩa khoa học của đề tài: Làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo

về sản xuất và tinh sạch Collagen.
Nội dung của đề tài:
- Nghiên cứu chế độ tẩy màu thích hợp cho quy trình sản xuất Collagen
từ da cá Tra bằng phương pháp hóa học.
2
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

1.1. CÁ TRA VÀ DA CÁ TRA.
1.1.1. Khái quát chung về cá Tra.
Cá Tra thuộc một trong 11 loài thuộc họ cá Tra (Pangasiidae) đã được
xác định ở sông Cửu long. Tài liệu phân loại gần đây nhất của tác giả
W.Rainboth xếp cá Tra nằm trong giống cá Tra dầu.

Hình 1.1: Trạng thái bên ngoài của cá Tra.

a. Phân loại.
Cá Tra thuộc lớp cá Lưỡng Tiêm ( Pisces ).
Bộ cá Nheo Siluriformes.
Họ cá Tra Pangasiidae.
Giống cá Tra dầu Pangasianodon.
Loài cá Tra Pangasianodon hypophthalmus (Sauvage 1878).


3
Bảng 1.1: Một số loài trong giống cá Tra (Pagasius) ở Việt Nam (Mai Đình
Yến và các cộng tác viên, 1992)
Các loài trong giống cá Tra Việt Nam
STT Tên khoa học Tên Việt Nam
1 Pagasius hyphothalmus Cá Tra
2 Pagasius bocourti Cá Basa

3 Pagasius macronema Cá Sát Sọc (Tra Nâu)
4 Pagasius larnaudii Cá Vồ Đém
5 Pagasius nasutus Cá Sát Bầu (cá Hú)
6 Pagasius sutchi Cá Tra Nghệ
7 Pagasius taeniurus Cá Bông Lau
8 Pagasius poliranodon Cá Dứa
9 Pagasius siamensis Cá Sát Siêm

b. Đặc điểm hình thái, sinh lý.
Cá Tra là cá da trơn (không vẩy), thân dài, lưng xám đen, bụng hơi bạc,
miệng rộng, có 2 đôi râu dài. Cá Tra sống chủ yếu trong nước ngọt, có thể
sống được ở vùng nước hơi lợ (nồng độ muối 7-10 ), có thể chịu đựng được
nước phèn với pH >5, dễ chết ở nhiệt độ thấp dưới 15
0
C, nhưng chịu nóng tới
39
0
C. Cá Tra có số lượng hồng cầu trong máu nhiều hơn các loại cá khác. Cá
có cơ quan hô hấp phụ và còn có thể hô hấp bằng bóng khí và da nên chịu
đựng được môi trường nước thiếu oxy hòa tan. Tiêu hao oxy và ngưỡng oxy
của cá Tra thấp hơn 3 lần so với cá mè trắng.[18]

4
c. Phân bố.
Cá Tra phân bố ở lưu vực sông Mêkông, có mặt ở cả 4 nước Lào, Việt
Nam, Campuchia và Thái Lan. Ở Thái Lan còn gặp cá tra ở lưu vực sông
Mekông và Chao Phraya. Ở nước ta những năm trước đây khi chưa có cá sinh
sản nhân tạo, cá bột và cá giống tra được vớt trên sông Tiền và sông Hậu. Cá
trưởng thành chỉ thấy trong ao nuôi, rất ít gặp trong tự nhiên địa phận Việt
nam, do cá có tập tính di cư ngược dòng sông Mê kông để sinh sống và tìm

nơi sinh sản tự nhiên. Khảo sát chu kỳ di cư của cá tra ở địa phận Campuchia
cho thấy cá ngược dòng từ tháng 10 đến tháng 5 và di cư về hạ lưu từ tháng 5
đến tháng 9 hàng năm.[18]
d. Thành phần khối lượng và thành phần hóa học của cá Tra.
Tỷ lệ các thành phần khối lượng của cá Tra phụ thuộc vào trọng lượng
cá khi thu hoạch và điều kiện sinh sống của cá.
Bảng 1.2: Tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra.[3]
Tỷ lệ thành phần khối lượng (%)
Trọng lượng cá Tra
nguyên con (g/con)
Fillet
bỏ da
Da Thịt Mỡ lá
Nội
tạng
Đầu +xương
+vây+đuôi
1105- 1310 38.7 4.9 10.2 3.1 6.1 36.8
1356- 1647 38.6 5.0 10.4 4.1 6.2 35.3
1695- 1925 37.1 5.1 10.5 4.4 6.2 35.1
Cá
Tra
nuôi
bè
1985- 2450 38.0 5.1 10.5 4.9 6.6 34.6
940- 1430 40.0 4.9 11.0 2.9 5.8 35.5
1550- 1960 40.0 4.8 11.1 3.0 5.9 34.6
2100- 2430 40.0 4.9 11.2 3.0 5.9 34.4
Cá
Tra

nuôi
ao
2450- 2680 40.4 5.0 11.4 3.0 5.8 34.4

5
Thành phần hóa học của thịt cá Tra bao gồm: nước, protein, lipid, glucid,
khoáng chất, vitamin, enzym, hormon. Cũng giống như những loài thủy sản
khác, thành phần hóa học khác nhau về giống loài, trong cùng một loài nhưng
sống ở môi trường nước khác nhau thì thành phần hóa học cũng khác nhau.
Thành phần hóa học của cá Tra còn phụ thuộc vào mùa vụ, thời tiết khí hậu,
nguồn thức ăn, trạng thái sinh lý của cá. Thành phần hóa học ảnh hưởng rất lớn
đến giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.[2][5][6]
Bảng 1.3: Thành phần hóa học cơ bản của cá Tra.[8]
Thành phần dinh dưỡng trên 100g thành phẩm ăn được
Tổng năng
lượng cung cấp
(calori)
Chất
đạm
(g)
Tổng
lượng chất
béo (g)
Chất béo chưa bão
hòa (có DHA,
EPA) (g)
Cholesterol

(%)
Natri

(mg)
124.520 23.420

3.420 1.780 0.025 70.600


Từ bảng 1.3 ta thấy cá Tra là một loài cá béo có hàm lượng dinh dưỡng
tương đối cao, cụ thể như tổng năng lượng cung cấp là 124.520 (calori); trong
đó hàm lượng protein chiếm tỷ trọng chủ yếu (23.420g), hàm lượng lipid với
3.420g và chất béo không bão hòa chiếm tỷ lệ cao hơn chất béo bão hòa. Vì
vậy thịt cá Tra dễ tiêu hóa. Tuy hàm lượng chất béo cao nhưng hàm lượng
cholesterol lại thấp (0.025%). Do đó thịt cá Tra dùng làm thực phẩm sẽ rất tốt
cho người sử dụng.
1.1.2. Tình hình nuôi và xuất khẩu cá Tra hiện nay ở Việt Nam.
Nghề nuôi cá Tra đã và đang rất phổ biến ở nước ta và tập trung chủ
yếu ở đồng bằng sông Cửu Long. Tính đến đến 31/12/2010, tổng diện tích
nuôi cá tra khoảng 5420 ha, đạt 90.3% kế hoạch năm. Mặc dù diện tích thả
nuôi năm 2010 ít hơn năm trước nhưng do năng suất cao, trung bình
6
261.2tấn/ha/vụ, nên sản lượng cá thu hoạch đạt 1141000 tấn, bằng 104.6% so
với năm 2009 và đạt 95.1% kế hoạch năm.[18]
Địa phương nuôi nhiều nhất là Đồng Tháp với 1872 ha, ít nhất là Kiên
Giang 30 ha. So với các năm trước, năm 2010 không có tình trạng dư thừa cá
nguyên liệu. Một số địa phương do có cơ chế chính sách tốt nên đã khuyến
khích DN chế biến, DN sản xuất thức ăn tham gia nuôi cá tra, nhờ đó diện
tích nuôi tăng so với năm 2009, cụ thể là các tỉnh Bến Tre, Cần Thơ và Tiền
Giang.[18]
Nguyên nhân dẫn đến tổng diện tích nuôi cá tra năm 2010 thấp hơn năm
2009 là do những tháng đầu năm 2010, mặc dù giá bán cá tra nguyên liệu cao
hơn năm 2009, dao động từ 14.500 - 16.200 đồng/kg, cùng với nguồn cung khá

dồi dào nhưng người nuôi vẫn không có lãi hoặc lỗ do giá vật tư đầu vào tăng
cao, đặc biệt là thức ăn. Bên cạnh đó còn do các hộ quy mô nhỏ không có khả
năng tái đầu tư nuôi tiếp hoặc chuyển sang nuôi đối tượng khác trong khi những
hộ nuôi quy mô lớn lại không mạnh dạn đầu tư do giá cả đầu ra bấp bênh, lợi
nhuận thấp hoặc không có lãi nên chỉ nuôi cầm chừng chờ thị trường ổn định
mới tiếp tục đầu tư phát triển sản xuất. Ngoài ra, nhu cầu vốn nuôi cá tra rất lớn
nên phần lớn cơ sở nuôi cá tra công nghiệp phải vay vốn nhưng việc tiếp cận
nguồn vốn ngân hàng bị hạn chế, chỉ đáp ứng 30 - 40% nhu cầu, định mức cho
vay thấp, một số ngân hàng không cho vay đáo hạn nên người nuôi phải vay
ngoài với lãi suất cao khiến kế hoạch sản xuất luôn bị động do thiếu vốn - đây là
một trong những nguyên nhân chính làm giảm số hộ nuôi nhỏ lẻ. Việc thực hiện
liên kết giữa người nuôi và nhà chế biến chưa tốt, một số nhà máy chế biến có
vùng nguyên liệu khi giá cá nguyên liệu trên thị trường tăng cao đã không thu
mua cá của dân hoặc cố tình “làm giá” để ép người nuôi, chậm thanh toán nợ so
với hợp đồng mua bán nên người nuôi mất lòng tin vào DN cũng là những
nguyên nhân khiến diện tích nuôi không nhiều bằng năm trước.[18]
7
Cá Tra của nước ta hiện nay xuất khẩu vào rất nhiều thị trường trên thế
giới trong đó các thị trường chính là EU, Mỹ, ASEAN, Nga. Năm 2010, ước
tính kim ngạch xuất khẩu đạt mức 1.4 tỷ USD, khối lượng xuất khẩu đạt trên
645000 tấn.[20]
Trong năm 2010, EU luôn là thị trường nhập khẩu cá tra Việt Nam lớn
nhất với 202000 tấn, đạt kim ngạch 462 triệu USD (Tây Ban Nha, Đức, Hà
Lan…), chiếm 36% tổng kim ngạch xuất khẩu cá tra. Bên cạnh đó còn có các
thị trường lớn như Hoa Kỳ, Nga, Mêxicô…[20]
Dự kiến trong năm 2011, sản lượng giống đạt từ 2.5 – 2.06 tỷ con
giống cá tra các loại; diện tích nuôi đạt 6000 - 6300ha; sản lượng ước đạt từ
1.2 – 1.3 triệu tấn; kim ngạch xuất khẩu từ 1.45 – 1.55 tỷ USD. Trong kế
hoạch dự kiến này, các tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Bến Tre, Cần Thơ…vẫn là
những địa phương chủ lực trong việc sản xuất và tiêu thụ.[20]

1.1.3. Da cá tra.
Trong quy trình sản xuất cá Tra fillet đông lạnh xuất khẩu, lượng phế
phẩm, phụ phẩm chiếm trên dưới 70% nguyên liệu, được bán với giá rất rẻ.
Ước tính 700000 tấn cá Tra sẽ loại ra được 100000 tấn mỡ và khoảng
50000÷70000 tấn phế liệu da và xương. Như vậy, có thể nói rằng nguồn
nguyên liệu da cá rất dồi dào. Kết quả cho thấy Collagen từ da cá Tra đạt
những tiêu chuẩn không thua kém từ các nguồn nguyên liệu khác.[19]
Hiện nước ta có khoảng 168 doanh nghiệp xuất khẩu cá Tra, cá basa.
Các doanh nghiệp này có khả năng tiêu thụ khoảng 4000 tấn nguyên
liệu/ngày. Với tỷ lệ này, hằng ngày các nhà máy chế biến thủy sản thải ra môi
trường một lượng rất lớn phụ phế phẩm gồm đầu, xương, mỡ, da cá,…Theo
ước tính của VASEP (2006), nếu sản lượng cá Tra nguyên liệu đạt 1 triệu tấn
trong năm 2008, thì các nhà máy chế biến thủy sản sẽ phải loại bỏ hơn
600000 tấn phế phẩm cá Tra. Do đó, việc gia tăng giá trị sử dụng nguồn phế
8
liệu này trở thành một yêu cầu cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của
nguyên liệu, tăng thu nhập cho nhà sản xuất và giảm tác động xấu đến môi
trường, chi phí xử lý chất thải.[25]
Da cá là một trong những loại nguyên liệu còn lại chiếm tỷ trọng khá
cao, khoảng 4.8 đến 5.1% tùy thuộc vào hình thức nuôi và kích cỡ cá khi thu
hoạch. Nếu như mỗi ngày các doanh nghiệp chế biến các sản phẩm cá Tra ở
Việt Nam tiêu thụ khoảng 4000 tấn nguyên liệu thì cũng đồng nghĩa với việc
họ loại ra khoảng 192 đến 204 tấn da cá Tra. Cho đến nay, hình thức xử lý
lượng da cá Tra này mới chỉ dừng lại ở việc một phần rất nhỏ đem chế biến
thành thực phẩm như bánh phồng, da cá tẩm gia vị, một phần nhỏ lẻ khác sản
xuất Gelatin, còn hầu hết phần lớn lượng da cá này được xuất khẩu đông lạnh
với giá thành rất rẻ.
Thành phần hóa học của da cá nói chung thường bao gồm khoảng 60-
70% là nước, một ít chất vô cơ, còn lại là protein và chất béo. Protein của da
cá chủ yếu là Collagen, elastin, keratin, rutin, globulin, và albulmin.[1]

Như vậy việc nghiên cứu sản xuất Collagen từ da cá Tra là rất cần thiết,
nó không những mang lại kết quả kinh doanh tốt mà còn có ý nghĩa rất lớn
trong việc phất triển công nghệ, tận dụng một cách hiệu quả những phế liệu
của cá Tra, cá basa gia tăng giá trị cho toàn ngành thủy sản đồng thời giảm ô
nhiễm môi trường.
1.2. COLLAGEN
1.2.1. Khái niệm.
Collagen có bản chất là một protein. Trong tự nhiên, nó được tìm thấy
ở động vật, đặc biệt nó tồn tại ở phần thịt cùi và những mô liên kết. Nó là
thành phần chính của mô liên kết và là một protein phổ biến ở động vật, nó
chiếm từ 25 – 35% tổng hàm lượng protein của cơ thể động vật.[7]

9
1.2.2. Phân loại.
Collagen tồn tại ở nhiều bộ phận trong cơ thể. Đã có 29 loại Collagen
được tìm thấy và thông báo trong các tài liệu khoa học. Trên 90% Collagen
trong cơ thể là dạng I, II, III và IV. Tất cả các loại Collagen đều chứa đơn vị
cấu trúc là xoắn bộ ba. Tuy nhiên, độ dài của xoắn bộ ba này và trạng thái tự
nhiên cũng như kích thước của những phần không thuộc xoắn bộ ba trên phân
tử là rất khác nhau tùy thuộc vào loại Collagen.
− Collagen I: có trong da, gân, mạch máu, các cơ quan, xương (thành
phần chính của xương).
− Collagen II: có trong sụn, xương (thành phần chính của sụn).
− Collagen III: có trong bắp (thành phần chính của bắp), tìm thấy bên cạnh
Collagen I.
− Collagen IV: thành phần chính cấu tạo màng tế bào.
Các phân tử Collagen loại I, II, III tập hợp lại với nhau tạo thành dạng
sợi mỏng, dài có cấu trúc đơn giản. Ngược lại, Collagen loại IV lại tạo mạng
lưới 2 cấp phức tạp hơn. Các loại Collagen khác cũng kết hợp thành dạng sợi
liên kết chúng với nhau hoặc liên kết với các thành phần mạng lưới khác.[7]

1.2.3. Cấu tạo và cấu trúc.
- Công thức hoá học: C4H6N2O3R2.(C7H9N2O2R)n. [24]
- Công thức cấu tạo:[24]

- Cấu trúc phân tử Collagen:
10


Hình 1.2 : Hình ảnh cấu trúc của Collagen
a) Cấu trúc của Collagen; b) Cấu trúc của xoắn bộ ba

Các nhà nghiên cứu bao gồm Nobel, Watson và Crick, Linus
Pauling đã biết được cấu trúc Collagen khi nó mới được phát hiện. Vào
năm 1954, cấu trúc xoắn gốc bộ 3 trong nghiên cứu của GN.Ramachandran
được xem như đúng và hợp lý, theo kết quả nghiên cứu của ông thì một sợi
Collagen là một bó các sợi lớn. Mỗi sợi lớn lại là một bó gồm nhiều sợi
nhỏ. Sợi nhỏ lại bao gồm nhiều xoắn bộ ba. Mỗi xoắn này là tập hợp của 3
mạch polypeptid bện lại với nhau, được gọi là đơn vị cấu trúc của
Collagen.[27]
Đơn vị cấu trúc của phân tử Collagen được gọi là tropocollagen là một
dải dài 300nm và có đường kính 1.5nm, tạo thành bởi 3 mạch polypeptid mà
mỗi mạch có thể là dạng chuỗi anpha 1 (α1) hoặc chuỗi anpha 2 (α2), có khi
có cả chuỗi anpha 3 (α3). Mỗi mạch polypeptid có dạng xoắn ốc từ bên trái,
không bị xáo trộn với mỗi xoắn anpha từ bên phải. Một mạch polypeptid chứa
a) b)
11
chính xác 1050 amino acid. Tất cả các Collagen đều chứa các phân đoạn có
xoắn 3 thành phần của cấu trúc đơn giản này. Tính chất công nghệ của mỗi
loại Collagen chủ yếu là do sự cắt đứt vòng xoắn bộ 3 và gấp thành các cấu
trúc thứ nguyên hay nhờ khả năng các vòng xoắn duỗi ra và tạo các tương tác

mạch bên. [23]
Một số tổng kết về cấu trúc các loại Collagen như sau:
Bảng 1.4: Dạng cấu trúc phân tử của một số loại Collagen [16]
Loại Collagen Dạng cấu trúc
I
[α1]2 α2
[α1]3
II [α1]3
III [α1]3
IV
[α1]3
[α1]2 α2
V [α1]2 α2
VI α1 α2 α3
VII [α1]3
VIII [α1]3
IX α1 α2 α3
X -
XI [α1]2 α2

1.2.4. Các tính chất của Collagen.
a. Khối lượng phân tử.
Các Collagen sản xuất từ nguyên liệu khác nhau thì có khối lượng phân
tử khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc phân tử của nó. Khối lượng phân tử của
12
Collagen được đo bằng phương pháp SDS-PAGE ( sodium dodecyl sulfate-
polyacrylamide electrophoresis) dựa trên cơ sở của phương pháp Laemmli
(1970). Qua các tài liệu tham khảo được, tác giả nhận thấy khối lượng phân tử
Collagen dao động trong khoảng 14 đến 200 kDa. Sự khác nhau này do cấu
trúc sắp xếp trên mạch phân tử Collagen. [8][13]

b. Thành phần acid amine.
Mỗi phân tử Collagen có chứa khoảng gần 20 loại acid amin khác nhau.
Trong đó Glycine thường là acid amin chiếm tỷ trọng lớn nhất, chiếm khoảng
20 - 32%. Tiếp theo là acid amin proline, alanin, arginin hoặc glutamic tùy
thuộc vào loại Collagen. Thành phần acid amin ảnh hưởng đến tính chất mạch
bên của Collagen. [8][11][12]
c. Tính chất bền của Collagen.
Nhiệt độ biến tính của các Collagen sản xuất từ nguyên liệu khác nhau
là rất khác nhau. Hầu hết các Collagen có nhiệt độ biến tính nằm trong
khoảng 16 - 35
o
C. Collagen sản xuất từ các phụ phẩm thủy sản có nhiệt độ
biến tính thấp hơn hẳn so với Collagen sản xuất từ động vật trên cạn. Ví như,
Collagen từ da mực có nhiệt độ biến tính 27.1
o
C trong khi nhiệt độ biến tính
của Collagen từ gân bò lên đến 36
o
C. Collagen từ phụ phẩm của thủy sản
sống ở vùng nước lạnh có nhiệt độ biến tính thấp hơn. Cụ thể, Collagen từ da
cá Minh thái Alaska chỉ là 16.8
o
C. [8][12][13]
Collagen trơ với hầu hết các enzym proteaza. Vì vậy hiện nay các
phương pháp thu nhận Collagen chủ yếu vẫn là phương pháp hóa học hoặc
một số lại kết hợp phương pháp hóa học và sinh học.[10][12]
d. Sự hút nước.[3]
Collagen không hòa tan trong nước, nhưng nó hút nước và trương nở,
cứ 100g keo khô có thể hút 200g nước, trong đó có khoảng 70g là nước liên
kết và 20g là nước kết hợp rất vững chắc. Phần nước kết hợp liên kết chuỗi là

13
phần nước gốc cực tính ở mạch ngoài của Collagen. Ở các trung tâm thân
nước này, vì có nước làm cho mạch chính của Collagen trở nên lỏng lẻo. Khi
hút nước chuỗi cực tính của Collagen bị ion hóa nhẹ do tác dụng lực giữa các
phân tử (lực Vandervasl).
Cơ chế của sự hút nước của Collagen như sau:





Do nước là phân tử phân cực tác dụng lên liên kết hydro (liên kết phối
trí) làm cho mạch vốn có trong kết cấu của protein bị suy yếu đi. Collagen
kết hợp với nước và trương nở cho độ dày tăng dần lên khoảng 25% nhưng độ
dài tăng lên không đáng kể, tổng thể tích của phân tử Collagen tăng lên
khoảng 2 – 3 lần.
Kết quả sự suy yếu của mạch chính trong liên kết phối trí của Collagen
làm giảm tính bền vững của sợi keo từ 3 – 4 lần. Khi nhiệt độ tăng, tính hoạt
động của mạch polypeptid tăng, làm cho mạch bị suy yếu dần và đến mức nào
đó bị cắt đứt thành những mạch peptid tương đối nhỏ. Cụ thể khi nhiệt độ
tăng lên đến 60 – 65
0
C Collagen hút nước và bị phân giải, nhiệt độ phân giải
của Collagen trong nguyên liệu chưa xử lý tương đối cao, khi nguyên liệu đã
khử hết khoáng thì nhiệt độ phân giải giảm xuống. Điều này được giải thích là
do sau khi xử lý bằng kiềm hoặc acid thì Collagen hút nước, lúc này liên kết
trong phân tử Collagen giảm và một phần bị phân giải nên nhiệt độ phân giải
của keo bị hạ thấp.
R

H…OH
-


+
H
3
N- CH- CO…NH-CH-CO-NH-CH-C=O
14

e. Tính kháng nguyên.
Tính chất này cần được quan tâm khi ứng dụng Collagen trong ngành y
học. Hầu hết các nghiên cứu chỉ ra rằng tất cả các loại Collagen đều không có
hoặc có tính kháng nguyên rất thấp. Khi sử dụng Collagen từ động vật cho cơ
thể người thì Collagen đóng vai trò là kháng nguyên - là những phân tử lạ,
thường là protein khi xâm nhập vào cơ thể chủ thì có khả năng kích thích cơ
thể chủ sinh ra các đáp ứng miễn dịch đặc hiệu chống lại chúng. Tính kháng
nguyên của Collagen là khả năng kết hợp một cách đặc hiệu của Collagen với
các sản phẩm cuối cùng của các đáp ứng miễn dịch. Nếu Collagen không có
hoặc có tính kháng nguyên rất thấp thì việc thu nạp Collagen của động vật
vào cơ thể người làm tác nhân thúc đẩy tế bào biểu mô sinh ra Collagen sẽ trở
nên dễ dàng hơn. Điều này mở ra những nghiên cứu ứng dụng Collagen vào y
học phong phú hơn.[4]
f. Tác dụng với kiềm và acid.[4]
Collagen là chất lưỡng tính, nó có thể tác dụng với acid và kiềm, do
trên mạch bên của phân tử Collagen tồn tại gốc cacboxyl và gốc amin.
Trong điều kiện có acid, ion H+ của acid tác dụng với nhóm COO-,
điện tích cacboxyl bị ức chế (hình thành acid yếu có độ ion hóa thấp), ngược
lại gốc amin bị ion hóa thành -NH3+.
Trong điều kiện có kiềm mạnh thì ngược lại gốc amin bị ức chế

Ngoài ra acid, kiềm có thể làm cho Collagen biến đổi như sau:
− Cắt đứt mạch muối (liên kết giữa NH3+…COO-) làm đứt mạch peptid
trong mạch chính.
− Acid amin bị phân hủy giải phóng amoniac.
− Điểm đẳng điện của Collagen hạ thấp xuống.[5]
15

g. Một số tính chất khác của Collagen.
Collagen có các gốc (-COOH) và gốc (-NH2) trong phân tử do vậy khi
ở trong dung dịch muối trung tính, các hợp chất muối được tạo thành. Tác
dụng phân giải Collagen bởi NaCl mạnh hơn so với Na2SO4 do khả năng
điện ly của NaCl lớn hơn.[5]
Tác dụng phân giải Collagen của enzym pepsin mạnh hơn so với
enzym tripsin. Điều kiện thích hợp của nó là pH từ 1,65÷1,70, nhiệt độ là
370C. Thực nghiệm cho thấy rằng: Tác dụng của enzym tripsin đối với
Collagen tự nhiên rất nhỏ, nhưng đối với Collagen đã qua xử lý như (đun
nóng, ngâm trong acid, kiềm, muối, xử lý cơ học…) thì nó có tác dụng phân giải
khá mạnh, đặc biệt trong điều kiện thích hợp pH từ 8,1÷8,2, nhiệt độ là 370C.[5]
1.2.5. Ứng dụng của Collagen.
Collagen là một loại protein chiếm tới 25%-35% tổng protein trong cơ
thể của động vật có vú. Collagen là protein cấu trúc quan trọng trong cơ thể
động vật (đặc biệt là da và xương). Dựa trên vai trò cấu trúc và tính phù hợp
với cơ thể của Collagen, nên nó dược sử dụng phổ biến trong ngành công
nghiệp, thực phẩm, y học và dược phẩm đặc biệt sử dụng làm chất hỗ trợ chức
năng của thuốc. Hơn nữa, Collagen được sử dụng rất phổ biến trong công
nghệ sản xuất các sản phẩm mỹ phẩm dạng lỏng nhờ vào khả năng giữ nước
của nó. Ngày nay, có nhiều nghiên cứu trong việc sử dụng Collagen như một
thực phẩm chức năng mà phổ biến nhất ở các nước Đông Á như: Trung Quốc,
Nhật Bản, Hàn Quốc. Chúng được sử dụng để bôi hoặc uống, các sản phẩm
Collagen sử dụng trong công nghiệp hiện nay chủ yếu được chiết từ da, xương

của bò và heo. Da cá cũng là một hướng sản xuất Collagen rất có triển vọng.
a. Ứng dụng trong thực phẩm.
Khi thủy phân Collagen ta thu được một loại protein dễ tan trong nước
gọi là gelatin. Gelatin được sử dụng trong các ngành công nghiệp như: thực
16
phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và công nghiệp nhiếp ảnh. Cả Collagen và
gelatin đều có thể sử dụng như một chất phụ gia thực phẩm. Gelatin còn nhiều
ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, gelatin có chức năng làm khô và bảo
quản trái cây, thịt; làm trong cà phê, bia, rượu và nước ép trái cây; chế biến
sữa bột và các loại thức ăn bột khác. Gelatin còn làm tác nhân kết dính
và/hoặc bao phủ trong thịt và thịt đông. Các hãng làm bánh dùng gelatin làm
bánh trứng đường, bánh kem dài và các loại bánh chọn lọc khác. Ngoài ra,
gelatin là thành phần cơ bản để sản xuất kẹo dẻo, kẹo mềm. Trong sản xuất
kem cần dùng gelatin để duy trì nhũ tương bền của các nguyên liệu và tạo
hình cho cây kem. Hàm lượng gelatin dùng trong các món tráng miệng là 8-
10% khối lượng khô, trong yoyurt 0,3-0,5% với chức năng là chất làm đặc.
Trong kẹo, gelatin giữ vai trò:
− Chất tạo bọt: làm giảm sức căng bề mặt của pha lỏng.
− Chất ổn định: tạo độ bền cơ học cần thiết tránh biến dạng sản phẩm.
− Chất liên kết: liên kết một lượng nước lớn giúp kéo dài thời gian sản phẩm.
Đối với kem, gelatin giữ vai trò:
− Tạo cấu trúc mềm mại cho sản phẩm.
− Ngăn cản quá trình tách lỏng khi làm đông lạnh kêm.
− Sử dụng kết hợp với chất ổn định khác nhằm tạo độ tan chậm nhờ điều chỉnh
nhớt của hỗn hợp.
− Tránh tạo tinh thể đá khi bảo quản.
Ngoài ra gelatin giúp cải thiện cấu trúc yaourt đã lên men mà không ảnh hưởng
đến vị đặc trưng của sản phẩm. [4]
b. Ứng dụng trong công nghiệp.
Khi Collagen được thủy phân hoàn toàn ta thu được một loại protein dễ

tan trong nước, được gọi là gelatin. Gelatin được sử dụng trong thực phẩm,
dược phẩm, mỹ phẩm, và công nghiệp nhiếp ảnh.[5]
17
Xuất phát từ Hy Lạp của từ keo (glue), kolla, Collagen trên thế giới có
nghĩa là “nhà sản xuất keo” và cho rằng quá trình nấu da và gân của ngựa và
động vật khác có thể thu được keo.
Keo dán Collagen đã được xử dụng ở Ai Cập từ 4000 năm trước, và
người châu Mỹ cổ đã dùng nó trong cung tên từ 1500 năm trước. Collagen
thường chuyển hóa thành gelatin nhưng thường đựợc tiến hành trong điều
kiện khô. Keo dán từ động vật có tính nhiệt dẻo, mềm trở lại khi gia nhiệt, vì
vậy chúng được sử dụng làm dụng cụ âm nhạc như dây đàn violin, guitar.[21]
c. Ứng dụng trong y học.
Collagen là một trong những chất liệu sinh học quan trọng nhất trong
các ứng dụng y học hiện đại ngày nay. Collagen là hợp chất sản sinh ra các
khớp xương và mạch máu. Các sản phẩm bông gạc làm từ Collagen của Tập
đoàn Suwelack sẽ giúp các vết thương nhanh lên da non và mau lành sẹo. [22]
Collagen cũng được dùng trong phẫu thuật thẩm mỹ và phẫu thuật bỏng.
Collagen đã được sử dụng rộng rãi trong phẫu thuật thẩm mỹ, như là hỗ
trợ chữa bệnh cho bệnh nhân bỏng làm tái tạo xương và rất nhiều trong nha
khoa, phẫu thuật chỉnh hình.[4]
Collagen đang được dùng rộng rãi để thay thế da nhân tạo, được sử
dụng trong việc chữa trị bỏng nặng.
Collagen sử dụng trong ngành y học phải qua công đoạn tiệt trùng. Nhờ
các tính chất lý sinh học của nó, Collagen đang được sử dụng khá hiệu quả
trong việc điều trị các vết thương, điều trị sau chấn thương, chỉnh hình, điều
trị răng, làm màng bảo vệ thủy tinh thể ở mắt. Theo các nghiên cứu của
Lazovic G., Colic M., Grubor M., Jovanovic M. thuộc trung tâm điều trị bỏng
ở Serbia, sử dụng màng Collagen đắp lên các vết bỏng nặng có thể giúp phục
hồi chúng sau 10 ngày.[9]
18

Điều trị bằng Collagen có độ an toàn cao: phần lớn các sản phẩm
Collagen nguyên chất đều được chiết xuất trực tiếp từ da động vật là lợn, bò,
cừu và cá da trơn, đặc biệt hơn, có một số loại Collagen được chiết xuất trực
tiếp từ cơ thể người. Chính nhờ Collagen không có hoặc có tính kháng
nguyên rất thấp nên chúng hoàn toàn không có các chất hoá học hay độc tố,
khả năng tương thích với cơ thể con người có thể lên tới 100% mà không hề
có phản ứng đào thải hay loại bỏ. Tất cả mọi người ở mọi lứa tuổi đều có thể
sử dụng chúng vì sự lành tính của chúng. [26]
Collagen loại I được sử dụng trong ngành công nghiệp thuốc và dược
phẩm. Collagen được thu từ các mô động vật như da, gân và xương rồi được
chuyển thành dạng dung dịch sau khi xử lí acid. Dung dịch Collagen này
được kết tủa bằng phương pháp thẩm tích. Trong quá trình kết tủa, các sợ
Collagen hình thành. Lúc này có thể tạo hình cho nó thành những tấm, miếng
0,5-2 cm để sản xuất vỏ thuốc hoặc thuốc điều trị bỏng hoặc tạo ra kích thước
phù hợp để phối trộn vào các kem mỹ phẩm sau khi đã được thanh trùng. Các
nhà nghiên cứu cho rằng kể cả những vết bỏng sâu cũng có thể được điều trị
nhanh và hữu hiệu nhờ các băng y tế có Collagen.[1]
Số lượng các liên kết mạch ngang trong cấu trúc dưới phân tử Collagen
có thể điều chỉnh thời gian phân giải của tia UV lên niêm mạc mắt. Vì vậy họ
đã nghiên cứu chế tạo các màng bảo vệ mắt.[1]
Ngoài ra Collagen còn được ứng dụng trong công nghệ sinh học,
Collagen phối hợp với vật liệu nhu mô có thể được sử dụng như một chất
mang bề mặt mới trong nuôi cấy tế bào động vật.[1]
Tóm lại bên cạnh những ứng dụng trong ngành công nghiệp thuộc da,
Collagen được sử dụng rộng rãi trong ngành mỹ phẩm, phẫu thuật, nha khoa,
thuốc viêm mắt, cũng như các ứng dụng khác trong ngành công nghệ sinh
học. Các ứng dụng của Collagen trong y học có thể tóm tắt như bảng sau:
19
Bảng 1.5: Các ứng dụng y học của Collagen.[5]
Ứng dụng Dạng Collagen

Tác nhân cầm máu Bột, bọt xốp, bông xốp
Mạch máu Mạch máu người/động vật đã xử lý, Collagen dạng sợi có
khả năng tái tạo.
Van tim Van tim lợn đã qua xử lý
Gân, dây chằng Gân động vật đã xử lý, hỗn hợp các sợi cacbon-Collagen
Băng y tế điều trị bỏng Collagen dạng bọt xốp từ da động vật
Giải phẫu trong da Collagen dạng sợi có khả năng tái tạo
Hệ thống phân tán thuốc Các dạng có mức phân giải khác nhau

d. Ứng dụng trong mỹ phẩm.
Người từ tuổi 25 trở đi, Collagen bắt đầu suy yếu và giảm giảm quá
trình sinh thêm khoảng 1,5% mỗi năm. Đến độ tuổi 40, cơ thể con người
ngừng sản sinh ra Collagen. Mặt khác, Collagen là thành phần cấu trúc cơ bản
của da. Nó đem lại cho da sự vững chắc, mềm mại và khỏe mạnh, nó giúp duy
trì sự đàn hồi và độ ẩm của da. Khi độ tuổi tăng, khi gặp phải những yếu tố có
hại đặc biệt là tia UV từ ánh sáng mặt trời, Collagen rất dễ bị tổn thương. Sự
thoái hoá của nó dẫn tới những nếp nhăn trên da phát triển theo độ tuổi.
Collagen cũng được bổ sung vào giác mạc để bảo vệ thuỷ tinh thể. Nó cũng
được sử dụng trong ngành mỹ phẩm như kem dưỡng môi, dưỡng da.
Với làn da, ngoài nhiệm vụ liên kết Collagen còn có nhiệm vụ tạo sự
đàn hồi. Đây chính là lý do tại sao Collagen ở da có định dạng khác so với
Collagen ở các bộ phận khác, các liên kết sợi Collagen ở da lỏng lẻo hơn
nhằm giúp làm tăng sự đàn hồi và tính linh hoạt của Collagen, vì chúng có thể
đàn hồi theo 4 chiều, tuy nhiên cũng chính vì vậy mà chúng dễ bị tổn thương
hay đứt gẫy do tác động ở bên ngoài.
20
Collagen của da khoẻ mạnh, liên kết tốt sẽ giúp da có sự đàn hồi như
không bị rạn khi mang thai, không bị da thừa khi giảm cân, không bị nếp
nhăn khi chuyển động cơ lặp đi lặp laị, không bị chũng nhão da mặt và không
bị sẹo sau tổn thương.

1.2.6. Các nghiên cứu trong và ngoài nước.
a. Trong nước.
Năm 2000 các nhà khoa học của Đại học Cần Thơ đã nghiên cứu chiết
rút Gelatin (một chất dẫn xuất của Collagen từ da cá Tra). Trong nghiên cứu
này một số tính chất lý hóa của Collagen (độ nhớt, nhiệt độ biến tính, màu
sắc, hàm lượng các acid amin, khối lượng phân tử) đã được xác định.
Tác giả Võ Quốc Văn và Hà Thanh Toàn (năm 2008) đã nghiên cứu
sản xuất gelatin từ da cá Tra. Tạp chí thương mại thủy sản, số 5-6/2008.
Tác giả Trần Thị Huyền (năm 2009) đã sử dụng phương pháp hóa học
để chiết rút Collagen từ da cá Tra. Chất lượng của Collagen đã được đánh giá
thông qua các chỉ tiêu cảm quan.
b. Ngoài nước.
Năm 2004, tác giả Nagai và các cộng sự đã nghiên cứu tách chiết
Collagen từ vẩy của một số loài cá bằng axit acetic rồi kết tủa bằng muối
NaCl trong môi trường trung tính. Hiệu suất thu Collagen từ vẩy cá mòi là cao
nhất (50,9%), từ vẩy cá tráp Nhật Bản là thấp nhất (37,5%). Kết quả phân tích
tính chất lý, hóa của Collagen cho thấy Collagen từ vẩy cá gồm hai loại mạch
là α1 và α2, và nhiệt độ biến tính Collagen từ vẩy những loài cá này là khoảng
280C. [14]
Năm 2005, tác giả Vittayanont và Bebjakul đã đưa ra quy trình chiết
Collagen từ chân gà với các công đoạn xử lý bằng acid acetic, enzyme pepsin
và kiềm NaOH. Kết quả thu được hàm lượng Collagen là 12,7% so với trọng
lượng khô của nguyên liệu, với sự có mặt của enzyme (một loại protease) đã