TIỂU LUẬN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỊT THỦY SẢN SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM




Tiểu luận môn học
CNCB Thịt - Thủy sản

SẢN XUẤT GELATIN
TỪ DA CÁ




GVHD:

Th.S Nguyễn Thị Hiền
SVTH: MSSV
Vũ Tuấn Anh

60500099
Ngô Hoàng Tuấn Hải

60500758
Nguyễn Sông Lam 60501380
Âu Dương Quyên 60502302

Tháng 4/2009
Sản xuất gelatin từ da cá

1

MỤC LỤC
1. GELATIN 3
1.1 Giới thiệu chung 3
1.2 Đònh nghóa 3
1.3 Cấu tạo 4
1.4 Thành phần 5
1.5 Phân loại 7
1.5.1 Phân loại dựa theo nguồn gốc nguyên liệu 7
1.5.2 Phân loại dựa theo phương pháp sản xuất 7
1.5.3 Phân loại dựa theo cấu trúc phân tử 7
1.6 Tính chất 8
1.6.1 Độ nhớt và khả năng tạo gel 8
1.6.2 Khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử 9
1.6.3 Điểm đẳng điện 9
1.6.4 Cơ chế tạo gel 9
1.7 Ứng dụng 10
1.7.1 Trong công nghiệp thực phẩm 10
1.7.2 Trong công nghiệp dược phẩm 10
1.7.3 Trong công nghiệp nhiếp ảnh 11
2. NGUỒN NGUYÊN LIỆU DA CÁ SẢN XUẤT GELATIN 12
2.1 Cá tra 12
2.2 Cấu tạo da cá 13

2.2.1 Các loại protein tạp 13
2.2.2 Các thành phần khác 14
2.3 Collagen 14
2.3.1 Cấu tạo 14
2.3.2 Tính chất của collagen 16
3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT 19
3.1: Sơ đồ khối 19
3.2 Thuyết minh quy trình 20
3.1.1 Khử béo 20
3.1.2 Rửa lần 1 20
3.1.3 Trương nở 20
3.1.4 Rửa lần 2 21
Sản xuất gelatin từ da cá

2

3.1.5 Trích ly 21
3.1.6 Lắng và lọc thô 23
3.1.7 Lọc tinh 23
3.1.8 Trao đổi ion 24
3.1.9 Sấy 24
4. TIÊU CHUẨN SẢN PHẨM 26
4.1 Gelatin ứng dụng trong thực phẩm 26
4.2 Gelatin ứng dụng trong dược phẩm 27
4.3 Gelatin ứng dụng trong công nghiệp 27
4.4 Tiêu chuẩn của gelatin theo phương pháp trích ly 28
5. SẢN PHẨM 29

Sản xuất gelatin từ da cá

3


1. GELATIN
1.1 Giới thiệu chung
Gelatin là sản phẩm thu được từ collagen. Sản phẩm gelatin thương mại đầu tiên xuất
hiện ở Hà Lan vào khoảng năm 1685, sau đó xuất hiện ở Anh vào khoảng năm 1700. Cuối
thế kỷ 19, ngành công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện, làm tăng thêm ứng dụng và ổn
đònh tính chất sản phẩm. Năm 1850, công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện tại Mỹ. Nguồn
nguyên liệu chính lúc này là da chưa thuộc và xương. Đến năm 1930, ngành sản xuất này
phát triển mạnh mẽ khi da heo được xem như một nguồn nguyên liệu.
Trong công nghiệp thực phẩm, gelatin là một trong những loại keo ưa nước hoặc hợp
chất cao phân tử tan được trong nước có thể sử dụng như tác nhân tạo gel, tạo độ đặc hoặc
tác nhân ổn đònh cấu trúc. Gelatin khác với các loại keo khác ở chỗ trong khi hầu hết các
loại keo khác là polysaccharide (như carrageenan, pectin, agar,…) thì gelatin lại là một
loại protein chứa tất cả các acid amin thiết yếu ngoại trừ tryptophane. Hiện nay, lượng
gelatin được sản xuất hàng năm trên thế giới ước tính khoảng 2000 tấn và lượng gelatin sử
dụng trong thực phẩm mỗi năm tăng khoảng 3%, chủ yếu trong sản xuất bánh kẹo và thực
phẩm năng lượng thấp.

1.2 Đònh nghóa
Gelatin là polypeptit cao phân tử thu nhận từ collagen - thành phần protein chủ yếu
của mô liên kết động vật - bao gồm xương, da và gân. Tên “gelatin” được sử dụng phổ
biến từ khoảng năm 1700 có nguồn gốc từ chữ Latin “gelatus”. Thuật ngữ gelatin mặc dù
đôi khi được dùng để đề cập đến các tác nhân tạo gel nói chung nhưng lại riêng dùng để
nói đến vật liệu protein tạo ra từ collagen đã bò thoái hoá do nhiệt.
Sản xuất gelatin từ da cá

4

1.3 Cấu tạo
Cấu trúc bậc 1 phân tử gelatin gồm có 18 amino acid khác nhau liên kết theo một
trật tự xác đònh, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 1000 acid amin. Chuỗi
peptide có chiều dài khác nhau phụ thuộc nguồn nguyên liệu, chuỗi có một đầu là nhóm
amino, một đầu là nhóm carboxyl. Cấu trúc thường gặp của gelatin là Gly – X – Y (với X
chủ yếu là nhóm proline còn Y chủ yếu là nhóm hydroxyproline).

Hình 1.1: Cấu trúc Gly – X – Y thường gặp của gelatin

Gelatin chứa nhiều nhóm glycine, proline và 4-hydroxyproline. Cấu trúc cơ bản của
chuỗi gelatin là: – Ala – Gly – Pro – Arg – Gly – Glu – Hyp – Gly – Pro.

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của gelatin.
Cấu trúc bậc 2: tổ hợp của 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc.
Cấu trúc bậc 3: chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó, tạo nên cấu trúc phân tử dạng dây
thừng, gọi là proto fibril.
Sản xuất gelatin từ da cá

5

Trong phân tử gelatine có một số nhóm tích điện: carboxyl, imidazole, amino,
guanidino. Tỷ lệ các nhóm này ảnh hưởng đến pH và pI của gelatin. Ngoài ra còn các
nhóm không mang điện tích là các nhóm hydroxyl (serine, threonine, hydroxyproline,
hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptide (-CO-NH-) quy đònh khả năng tạo liên kết
hydro, quy đònh cấu trúc phân tử.
1.4 Thành phần
Tất cả các acid amin có mặt trong protein đều hiện diện ở gelatin ngoại trừ
tryptophane và cystine mặc dù cũng phát hiện ra vết của chúng.
Bảng 1.1. Thành phần acid amin thu được khi thủy phân 100g mẫu gelatin.
Acid amin Khối lượng (gam)

Glycine
Alanine
Valine
Leucine
Isoleucine
Phenylalanine
Trytophane
Serine
Threonine
Tyrosine
Proline
Hydroxyproline
Methionine
Cysteine
Cystine
Lysine
Arginine
Histidine
Acid aspartic
Acid glutamic
Hydroxylysine
26 – 31
8 – 11
2,6 – 3,4
3,0 – 3,5
1,4 – 2
2 – 3
-
2,9 – 4,2
2,2 – 4,4

0,2 – 1
15 – 18
13 – 15
0,7 – 1
-
vết
4 – 5
8 – 9
0,7 – 1
6 – 7
11 – 12
0,8 – 1,2
Sản xuất gelatin từ da cá

6


Hình 1.3. Thành phần phần trăm acid amin của gelatin.

Bảng 1.2. Tỷ lệ và thành phần các acid amin trong gelatin sản xuất từ da và xương
Thành phần amino acid Từ da (%) Từ xương (%)
Aspartate 5,2 5,3
Glutamate 7,1 7,3
Hydroxyproline 5,6 5,6
Serine 6,3 6,3
Glycine 35,8 35,8
Histidine 1,2 1,1
Arginine 5,3 5,4
Threonine 2,3 2,4
Alanine 10,3 10,3

Proline 9,8 9,5
Tyrosine 0,5 0,5
Valine 1,7 1,8
Methionine 1,7 1,6
Isoleucine 1,1 1,2
Leucine 2,0 2,1
Phenylalanine 1,2 1,2
Lysine 2,7 2,5
Sản xuất gelatin từ da cá

7

1.5 Phân loại
Có rất nhiều cách để phân loại gelatin tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, nguyên
liệu, đặc tính sản phẩm… Sau đây là vài cách phân loại cơ bản:
1.5.1 Phân loại dựa theo nguồn gốc nguyên liệu
Có các loại như:
- Gelatin có nguồn gốc động vật: là gelatin sản xuất từ da, xương, gân động vật có
vú.
- Gelatin cá: gelatin sản xuất từ da các loại cá như cá tuyết, cá trắm cỏ… Gelatin
từ cá có hàm lượng proline và hydroxyproline thấp nên có nhiệt độ tạo gel thấp
(vì số liên kết hidro hình thành thấp).

1.5.2 Phân loại dựa theo phương pháp sản xuất
Có 2 loại:
- Gelatin loại A: Quá trình sản xuất xử lý bằng acid, dùng khi sản xuất gelatin từ da
heo.
- Gelatin loại B: Quá trình sản xuất xử lý bằng kiềm, dùng khi sản xuất gelatin từ da
và xương gia súc.
1.5.3 Phân loại dựa theo cấu trúc phân tử

Có 3 loại:
- Gelatin thuỷ phân: là gelatin mất khả năng tạo gel khi bò thủy phân thành các
polypeptit mạch ngắn. Các sản phẩm thủy phân này được tạo ra bằng cách sử dụng enzym
thực hiện quá trình thủy phân, sau đó tiệt trùng, cô đặc và cuối cùng là sấy phun. Không
giống như các protein khác, các sản phẩm thủy phân từ gelatin không có vò đắng nên có thể
sử dụng cho nhiều sản phẩm thực phẩm: chất tạo cấu trúc cho các sản phẩm sữa, chất tạo
nhũ trong công nghệ chế biến các sản phẩm từ thòt, là nguồn protein trong thực phẩm ăn
kiêng, chất mang trong quá trình tạo hạt mà không làm biến đổi các tính chất vật lí, hóa
học của hạt, chất tạo bọt…
- Gelatin ester hoá: gelatin ester hoá bởi các acid béo, giúp cải thiện khả năng tạo
nhũ, mở rộng chức năng sinh học của acid béo (một số acid béo không thể bổ sung trực
tiếp vào thực phẩm do mùi vò kém, dễ bò oxy hoá, không tan trong nước… Quá trình ester
hoá gelatin giúp bổ sung acid béo vào thực phẩm).
Sản xuất gelatin từ da cá

8

- Gelatin tan trong nước lạnh (gelatin sử dụng liền – instant gelatins): đây là loại
gelatin khi sấy không qua pha tạo gel, có cấu trúc vô đònh hình, không tạo tinh thể. Cấu
trúc vô đònh hình của gelatin loại này cho phép nó trương nở rất nhanh và rất mạnh. Mạng
phân tử ba chiều của nó liên kết lỏng lẻo, sự sắp xếp của các phân tử là hoàn toàn ngẫu
nhiên, lực liên kết giữa các phân tử cũng như lực liên kết nội phân tử rất yếu nên nước có
thể dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc phân tử với một lượng lớn nhất có thể và tạo thành cấu
trúc tương tự gel. Loại gelatin này hút ẩm mạnh và khó tạo gel khi nồng độ thấp.

1.6 Tính chất
Gelatin là chất rắn dạng miếng, vảy, bột hoặc hạt, không mùi, không vò, trong suốt,
có màu từ vàng nhạt đến màu trắng. Ở nhiệt độ thường và độ ẩm thường, gelatin chứa từ 9-
12% ẩm và có tỉ trọng riêng từ 1,3-1,4. (ĐƯA XUỐNG PHẦN SẢN PHẨM)
Các hạt gelatin rắn khi ngâm trong nước sẽ hút nước và trương nở. Gelatin có thể hấp

thu một lượng nước gấp 5-10 lần khối lượng của nó. Khi gia nhiệt, gelatin đã hydrat hóa sẽ
nhanh chóng chuyển thành dạng dung dòch.
Gelatin tan trong các polyol như glycerin, propylen glycol, sorbitol, manitol, không
tan trong cồn, aceton, CCl
4
, benzen, ether và các dung môi hữu cơ khác.
Các muối phosphat, citrat, sulfat ở nồng độ thấp cũng làm gelatin trong dung dòch
nồng độ cao kết tủa.
Gelatin là một thực phẩm, có chứa 9 loại amino acid cần thiết cho con người. Gelatin
không phải là phụ gia thực phẩm nên không có giới hạn sử dụng. (ĐƯA XUỐNG PHẦN
SẢN PHẨM)
1.6.1 Độ nhớt và khả năng tạo gel
Độ nhớt và khả năng tạo gel của gelatin phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ <
20
0
C, dù hàm lượng gelatin rất thấp vẫn có khả năng tạo gel. Ở nhiệt độ trong khoảng 20 ÷
30
0
C, dung dòch gelatin vừa tồn tại dạng gel, vừa dạng dòch nhớt, vừa dòch lỏng, phụ thuộc
nhiệt độ và hàm lượng gelatin. Ở nhiệt độ > 35
0
C, phân tử gelatin rời rạc. Dù hàm lượng
gelatin cao chúng vẫn không liên kết với nhau, không tạo gel bền mà chỉ tăng độ nhớt.
Khả năng tạo gel là một trong những tính chất chức năng quan trọng nhất của gelatin,
là một trong những yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng gelatin. Độ bền của gel khi
đông được đặc trưng bởi độ Bloom. Theo đònh nghóa, độ bloom là khối lượng tính bằng gam
cần thiết tác dụng lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 13 mm để khối gel lún xuống
4mm. Khối gel có hàm lượng gelatin là 6,67%; được giữ ổn đònh ở 10
0
C trong 16 ÷ 18h.

Gelatin trên thò trường có độ Bloom trong khoảng 50 ÷ 300 Bloom (gam).
Sản xuất gelatin từ da cá

9

1.6.2 Khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử
Gelatin có bloom cao thường chứa một tỉ lệ lớn (30 – 35%) các phân tử có kích thước
giống nhau dưới dạng các chuỗi α-và β Phần lớn các gelatin cũng chứa các tổ hợp với
phân tử có khối lượng trên 10 triệu và các polypeptit với các phân tử có khối lượng ít hơn
80.000.
Sự phân bố khối lượng phân tử: các dạng gelatin thường gặp bao gồm các chuỗi δ với
khối lượng phân tử 230.000-340.000, chuỗi β với khối lượng phân tử 123.000 – 230.000,
chuỗi α với khối lượng phân tử 80.000 – 125.000 và các chuỗi α nhỏ 10.000 – 80.000.
1.6.3 Điểm đẳng điện
Cũng giống như các protein khác, gelatin có thể hoạt động như một acid hoặc một
base, tùy thuộc vào pH. Trong dung dòch acid gelatin tích điện dương và trong dung dòch
kiềm nó tích điện âm. Điểm trung gian ở đó sự tích điện bằng 0 gọi là pI hoặc điểm đẳng
điện.
Sự thay đổi trong tỉ lệ của các nhóm carboxyl, amin có liên quan đến sự khác nhau
trong điểm đẳng điện của gelatin. Ởû collagen, 35% nhóm acid nằm ở dạng amid. Do đó,
collagen là một protein cơ bản có điểm đẳng điện là 9,4. Trong suốt quá trình điều chế
gelatin, quá trình xử lí bằng acid hoặc base sẽ thủy phân nhóm amid trong phạm vi lớn
hoặc nhỏ hơn.
Điểm đẳng điện của gelatin có thể thay đổi từ 9,4 (không thay đổi nhóm amid) đến
4,8 (90 – 95% các nhóm acid carboxylic tự do)
Gelatin được điều chế bằng phương pháp acid có điểm đẳng điện cao vì điều kiện
thao tác công nghệ duy trì được giá trò gần với điểm đẳng điện của collagen.
Gelatin được điều chế bằng phương pháp kiềm qua quá trình xử lí bằng kiềm dài hơn
và chỉ có một phần nhỏ các nhóm amin còn lại nên gelatin này có pH đẳng điện acid và
thường nằm trong khoảng 4,8 – 5,2.

1.6.4 Cơ chế tạo gel
Gelatin trương nở khi được cho vào nước, hấp thụ một thể tích nước bằng 5-10 lần thể
tích của bản thân nó. Khi được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn điểm tan chảy, gelatin đã
trương nở hòa tan và tạo thành gel khi được làm nguội. Quá trình chuyển đổi giữa dạng
dung dòch và dạng gel có tính thuận nghòch. Tính chất này được lợi dụng trong nhiều quá
trình chế biến thực phẩm.
Ngoài ra, gel của gelatin bắt đầu tan chảy ở 27-34
0
C và có khuynh hướng tan trong
miệng. Tính chất này đươc ứng dụng nhiều trong thực phẩm. Cơ chế cơ bản của sự tạo gel
là sự thay đổi ngẫu nhiên của dạng xoắn ốc. Iminoacid của các chuỗi polypeptit khác nhau
Sản xuất gelatin từ da cá

10

tạo một hình thể xoắn ốc khi làm nguội và các vòng xoắn này được ổn đònh nhờ các cầu
hydro, tạo gel ba chiều. Sự tạo gel của gelatin được xem như sự tái tạo một phần collagen
và phần đã được tái tạo này hoạt động như một đoạn chức năng của gel.

1.7 Ứng dụng
1.7.1 Trong công nghiệp thực phẩm
Gelatin chủ yếu được dùng làm phụ gia tạo gel, tạo ra dạng gel mềm dẻo, trong suốt,
nghòch đảo nhiệt khi làm nguội dưới 35
0
C. Gelatin tan trong nước, tạo ra cảm giác sản
phẩm tan trong miệng.
Do gelatin khi tan trong miệng tạo cảm giác đầy miệng nên được sử dụng làm chất
thay thế chất béo. Gelatin thiếu tryptophane, ít methionine, nhiều lysine nhưng khi phối
hợp với các nguồn cung cấp protein khác cũng thành nguồn cung cấp protein tốt. Gelatin
không chứa chất béo, đường, purine hay cholesterol, cung cấp ít năng lượng (3,5 kcal/g)

nên được dùng làm thực phẩm cho người ăn kiêng.
Trong CNSX kem: gelatin giúp tạo cấu trúc mềm mại cho sản phẩm, ngăn cản quá
trình tách lỏng khi làm lạnh đông kem. Sử dụng kết hợp với các chất ổn đònh khác nhằm
tạo độ tan chậm nhờ điều chỉnh độ nhớt của hỗn hợp. Gelatin có khả năng điều khiển quá
trình kết tinh. Nếu lạnh đông nước có 0,5% gelatin, nước không đông thành khối băng cứng
mà tạo thành nhiều tinh thể nhỏ. Tính chất này có ứng dụng trong khi bảo quản kem.
Trong CNSX kẹo mứt, gelatin được sử dụng làm chất tạo gel, tạo xốp, làm chậm quá
trình tan kẹo trong miệng với tỷ lệ 2 – 7%.
Trong CNSX rượu, bia và nước hoa quả, gelatin sử dụng làm chất làm trong.
Gelatin có khả năng hấp thụ nước gấp 5 ÷ 10 lần thể tích của nó nên được sử dụng
trong CNSX đồ hộp thòt để tránh hiện tượng rỉ nước. Đối với các sản phẩm thòt có hàm
lượng nước và hàm lượng chất béo cao rất dễ xảy ra hiện tượng tách nước, tách béo ảnh
hưởng đến cấu trúc sản phẩm. Gelatin giúp liên kết nước, làm bền hệ nhũ tương, tạo cấu
trúc đồng nhất.
1.7.2 Trong công nghiệp dược phẩm
Gelatin là thành phần của viên ngậm, thuốc đạn, dung dòch đẳng trương chứa từ 0,5-
0,77% gelatin hoặc là thành phần của một loại thuốc sát trùng được sử dụng như nước mắt
nhân tạo. Gelatin còn được ứng dụng làm viên bao nang trong dược phẩm. Viên bao nang
gồm 2 loại: vỏ cứng và vỏ mềm. Với viên bao cứng, sử dụng gelatin có độ bloom cao và độ
nhớt của dung dòch giúp điều chỉnh độ dày của thành viên bao. Viên bao nang mềm sử
dụng gelatin có độ bloom thấp hơn, thông thường từ 150-200 và có bổ sung chất hóa dẻo
Sản xuất gelatin từ da cá

11

(sorbitol, propylenglycol, saccharose và thường gặp nhất là glycerine).
Ngoài ra, trong nha khoa, gelatin còn có trong thành phần của bọt biển sử dụng để
thấm và cầm máu.
1.7.3 Trong công nghiệp nhiếp ảnh
Gelatin được sử dụng trong nhiếp ảnh với 3 chức năng:

- Tác nhân liên kết.
- Tạo ra nhũ tương trong đó gelatin hút nước, tạo thành dung dòch khi gia nhiệt và
chuyển thành dạng gel khi làm nguội, sau khi chiết hết nước hình thành một trạng
thái bền.
- Thể tích trương nở của gelatin bảo đảm cho các phản ứng hóa học diễn ra trong
suốt quá trình tráng phim.
Sản xuất gelatin từ da cá

12


2. NGUỒN NGUYÊN LIỆU DA CÁ SẢN XUẤT GELATIN
2.1 Cá tra
Họ cá tra có tên khoa học là Pangasiidae phân bố tương đối rộng ở khu vực Tây Nam
Á. Cá tra được biết đến là loài cá ăn tạp. Trong tự nhiên, cá tra ăn được mùn bã hữu cơ, rễ
cây thủy sinh, rau quả, các loài cá tạp nhỏ, tôm tép, cua, và các loại côn trùng có sẵn trong
môi trường sống.

Pangasius taeniurus (Cá bông lau)

Pangasius hypophthalmus
(Cá tra)

Pangasius bocourti
(Cá ba sa)

Pangasius macronema
(Cá sát sọc)

Pangasius larnaudii

(Cá vồ đém)

Pangasius nasutus
(Cá sát bầu)

Pangasius sutchi
(Cá tra nghệ)
Hình 2.1: Hình ảnh một số loài trong giống cá Tra ở Việt Nam.

Ở nước ta hiện nay, cá Tra đang được coi là loại cá nuôi có năng suất cao nhất trong
nghề nuôi trồng thủy sản, năng suất trung bình khoảng 30 – 45 tấn/ha.
Với một năng suất lớn như vậy nhưng tỉ lệ thòt fillet của cá Basa chỉ chiếm 24,11%
tương tự với cá Tra thòt fillet là 39,3%1 thì lượng phụ phẩm là cực kỳ lớn. Để giải quyết
Sản xuất gelatin từ da cá

13

vấn đề này, người ta sử dụng da cá để sản xuất gelatin và nguyên liệu dùng để sản xuất
gelatin da cá chiếm khoảng 5 – 6%.
2.2 Cấu tạo da cá
Da cá có thể chia làm ba lớp:
- Lớp trong chủ yếu là lipid và thòt vụn còn sót
- Lớp giữa có thành phần chủ yếu là collagen
- Lớp ngoài thì thành phần chủ yếu là các protein tạp (như albumin, globulin,…),
sắc tố và chất khoáng.
Tính chất và hàm lượng của chúng có ảnh hưởng rất lớn đến qui trình sản xuất và
phẩm chất của gelatin.
2.2.1 Các loại protein tạp
Da cá có thành phần chủ yếu là collagen, ngoài ra còn có các protein tạp như
albumin, globulin, chất béo và chất khoáng…. Tính chất và hàm lượng của chúng có ảnh

hưởng rất lớn đến qui trình sản xuất và phẩm chất của gelatin.
§ Albumin
Hòa tan trong nước, trong dung dòch muối loãng, acid loãng và kiềm loãng, kết tủa
trong dung dòch (NH
4
)
2
SO
4
bảo hòa, khi đun nóng dễ đông vón lại. Trong khâu ngâm nước
nguyên liệu, đại bộ phận có thể khử đi.
§ Globultin
Không tan trong nước mà tan trong dung dòch muối trung tính (8% - 18% NaCl) tan
trong dung dòch acid loãng và kiềm loãng. Lúc đun nóng dễ đông đặc hơn albumin.
§ Mucin và mucoid
Là một trong những thành phần cấu tạo thành niêm dòch. Chúng đều hòa tan trong
dung dòch kiềm loãng. Giữa hai chất này rất khó phân biệt, nói chung trong dung dòch
loãng, khi cho acid vào thì mucin kết tủa tách ra, còn mucoid không kết tủa. Trong nước
chúng đều nở ra và hòa tan trong dung dòch muối loãng, nhưng không tan trong muối bão
hòa.
§ Keratin
Là thành phần cấu tạo chất sừng, trong lớp sừng của động vật chủ yếu là thành phần
này. Thành phần hóa học của keratin không giống nhau.
Trong mạch phân tử của keratin ngoài liên kết muối và liên kết hydrogen ra còn có
liên kết disulfit. Vì sự kết hợp giữa mạch và mạch tương đối vững chắc khiến cho keratin
Sản xuất gelatin từ da cá

14

đối với các nhân tố đều tương đối ổn đònh.

Đối với acid nó tương đối ổn đònh là vì liên kết disulfit của nó không bò acid thủy
phân. Keratin có thể bò phá hủy trong môi trường kiềm tại liên kết disulfit của nó.
§ Elastin
Trong tổ chức mô liên kết của nguyên liệu da còn có elastin, nhưng cho tới nay việc
nghiên cứu elastin còn rất ít. Những tính chất đã được xác đònh là elastin tương đối ổn đònh
trong môi trường acid, kiềm, không tan trong nước. Trong quá trình trích ly gelatin, nó có
ảnh hưởng nhất đònh, nhưng có lợi cho quá trình.
2.2.2 Các thành phần khác
§ Chất béo
Sự tồn tại của chất béo ảnh hưởng xấu đến chất lượng của gelatin. Do đó trong quá
trình chế biến gelatin phải tìm cách khử nó đi bằng cách rửa sạch nhiều lần với nước ấm và
nước lạnh hoặc ngâm vôi (môi trường kiềm).
§ Khoáng
Chủ yếu là phosphate calci (Ca
3
(PO
4
)
2
) và carbonat canci (CaCO
3
). Sự tồn tại của
chúng làm cho chất lượng của gelatin giảm xuống. Do đó trước lúc trích ly phải khử bằng
cách ngâm acid (chủ yếu là HCl) để nó phân giải và khử đi.
§ Sắc tố
Các sắc tố (đen, đỏ, nâu…) ít tan trong nước và acid loãng mà có thể tan trong dung
dòch kiềm loãng (như dung dòch KOH, NaOH…).

2.3 Collagen
2.3.1 Cấu tạo

Collagen cấu thành nên khoảng 30% protein người, một tỉ lệ tương tự được tìm thấy ở
các loài động vật khác. Phân tử collagen có cấu tạo xoắn ốc bậc ba, là sự lặp lại của chuỗi
(Gly – X – Y), có các thành phần sau:
- Glycine (Gly) chiếm số lượng lớn, khoảng 33%.
- Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) cũng có một tỉ lệ khá lớn, khoảng 22%.
- Hydroxylysine (Hyl) chiếm khoảng 1%.
Đơn vò cơ bản của collagen là tropocollagen, gồm 3 chuỗi α liên kết nhau tạo thành
những sợi nhỏ.
Sản xuất gelatin từ da cá

15


Hình2.2: Tropocollagen

Các phân tử tropocollagen sẽ liên kết ngang với nhau theo kiểu cộng hóa trò. Loại
liên kết này không thông dụng, thường chỉ có ở collagen hay các chất dẻo.

Hình 2.3: Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen
Nhờ các liên kết ngang này, các phân tử tropocollagen hình thành nên sợi collagen.
Các sợi collagen rất dài và mảnh, chúng sắp xếp tạo ra mạng collagen.
Sản xuất gelatin từ da cá

16


Hình 2.4: Cấu tạo phân tử collagen
Sự sắp xếp khác nhau của các chuỗi α đã hình thành nên cấu trúc xoắn bậc ba phức
tạp khác nhau của các loại collagen.
2.3.2 Tính chất của collagen

2.3.2.1 Tác dụng với nước
Collagen không hòa tan trong nước mà nó hút nước để nở ra, cứ 100g Collagen khô
có thể hút được khoảng 200g nước, trong đó khoảng 70g là nước liên kết và 20g là liên kết
vững chắc. Collagen kết hợp với nước nở ra trong nước, độ dày tăng lên chừng 25% nhưng
độ dài tăng lên không đáng kể, tổng thể tích của phân tử collagen tăng lên 2 – 3 lần.
Do nước phân cực tác dụng lên liên kết hydro trong liên kết phối trí của collagen làm
giảm tính vững chắc của sợi gelatin từ 3 – 4 lần. Khi nhiệt độ tăng lên cao, tính hoạt động
của mạch polypeptide tăng mạnh, làm cho mạch bò yếu và bắt đầu đứt thành những mạch
polypeptide tương đối nhỏ. Khi nhiệt độ tăng lên trong khoảng 60 – 65
0
C collagen hút nước
bò phân giải. Nhiệt độ phân giải của collagen trong nguyên liệu chưa xử lý tương đối cao.
Khi nguyên liệu đã khử hết chất khoáng, thì nhiệt độ phân giải sẽ giảm xuống.
2.3.2.2 Tác dụng với acid và kiềm
Collagen có thể tác động với acid và kiềm, do trên mạch của collagen có gốc
carboxyl và amin. Hai gốc này quyết đònh hai tính chất của nó. Trong điều kiện có acid tồn
Sản xuất gelatin từ da cá

17

tại, ion của nó tác dụng với gốc amin, điện tích trên carboxyl bò ức chế (hình thành acid
yếu có độ ion hóa thấp). Trái lại gốc amin bò ion hóa tạo NH
3
+
.
Môi trường H
+

Môi trường OH
-




Trong điều kiện có nước, nước có thể tác dụng với nhóm gốc có mang điện trong kết
cấu protide và những ion Na
+
, Cl
-
hình thành tác dụng hợp nước phụ của collagen, khiến
collagen trong môi trường acid, kiềm có độ hút nước cao hơn trong nước nguyên chất.
Ngoài ra acid và kiềm có thể làm cho collagen biến đổi như sau




- Cắt đứt mạch muối (liên kết giữa –NH3
+
…COO
-
) làm đứt mạch peptide trong
mạch chính.
- Làm đứt liên kết hydrogen giữa gốc –CO…NH– của mạch xung quanh nó.
- Làm acid amin bò phân hủy giải phóng amoniac.
Cùng với những biến đổi đó, điểm đẳng điện của collagen hạ xuống thấp, (vì những
biến đổi đó mang tính chất thủy phân làm cho các nhóm gốc có tính hoạt động tăng lên

nhiều).
Acid và kiềm đều có thể phân hủy collagen, nhưng sự phân hủy của collagen cho tới
nay vẫn chưa có khái niệm chính xác. Để biểu thò sự biến đổi chính xác của collagen dưới
tác dụng của acid, kiềm nói chung đều dùng độ keo phân giải làm chỉ tiêu. Độ keo phân
NH
3
+
…Cl
-

COOH
COOH NH
3
+
…Cl
-

NH
3
+
…Cl
-

COOH COOH NH
3
+
…Cl
-

COO

-
…Na
+

NH
2
COO
-
…Na
+

NH
2
NH
2
COO
-
…Na
+

NH
2
COO
-
…Na
+

COO
-

NH
3
+

+
H
3
N
+
H
3
N
NH
3
+

OOC

Na
+

-
OH H
+

HO
-

H
+

Cl
-

H
+
OH
-

H
+
OH
-

Na
HO
-

H
+

Cl
-

H
+
OH
-

Sản xuất gelatin từ da cá

18

giải là chỉ keo sinh thành sản phẩm có thể tan trong nước (thường là trong điều kiện đun
nóng), những sản phẩm này dưới nồng độ tương ứng tiến hành làm lạnh có thể biến thành
keo.
Theo kết quả nghiên cứu tác dụng của vôi đối với collagen có thể làm tăng độ phân
giải của nó rất mạnh, trong điều kiện nhiệt độ thường thời gian dài có thể xúc tiến sự phân
giải của collagen (tùy độ phân giải của nó rất thấp) lúc nhiệt độ tăng lên hoặc xử lý bằng
kiềm thì độ phân giải tăng lên.
Collagen phân giải biến thành gelatin, căn cứ vào giả thuyết của Hofmeister phản
ứng sẽ tiến hành như sau:
C
102
H
149
N
31
O
38
+ H
2
O C
102
H
151
N
31
O
39

(Collagen) (Gelatin)
Lúc xử lý ở nhiệt độ cao trong nước, keo dễ tiếp tục thủy phân thành:
C
102
H
151
N
31
O
39
+ 2H
2
O C
55
H
85
N
17
O
22
+ C
47
H
70
O
19
+
7N
2

(Gelstose) (Gletone)
Từ đó thấy rằng trong quá trình trích ly gelatin cần thiết phải khống chế nhiệt độ và
thời gian thích hợp để đảm bảo chất lượng của gelatin.
2.3.2.3 Các tính chất khác của collagen
Collagen trong dung dòch muối trung tính cùng với gốc –COOH và –NH
2
tạo thành
các hợp chất muối. Tác dụng phân giải collagen của NaCl so với Na
2
SO
4
mạnh hơn (độ
điện ly của NaCl lớn hơn).
Nhiều thực nghiệm cho thấy rằng tác dụng của trypsine đối với collagen đã xử lý
(như đun nóng, ngâm acid, kiềm, muối, tác dụng của pepsine, tác dụng cơ học…) thì nó có
tác dụng phân giải, với điều kiện thích hợp nhất là nhiệt độ 37
0
C, pH = 8,1 – 8,2.

t
0

;xt

t
0

Sản xuất gelatin từ da cá

19


3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT
3.1: Sơ đồ khối

Sản xuất gelatin từ da cá

20


3.2 Thuyết minh quy trình
3.1.1 Khử béo
v Mục đích: chuẩn bò
- Làm giảm hàm lượng béo trong nguyên liệu da cá nhằm chuẩn bò cho quá trình trích
ly.
- Loại bỏ chất nhờn, các loại protein yếu, mucopolysaccharride và một lượng nhỏ
thành phần hữu cơ khác.
- Tăng hiệu suất trích ly.
v Phương pháp thực hiện:
Cho 3% dung dòch NaOH với nồng độ 1N so với khối lượng nguyên liệu. Hỗn hợp
được khuấy đảo nhẹ, duy trì ở nhiệt độ phòng trong thời gian từ 2 đến 6 giờ.
v Các biến đổi
- Vật lý: độ ấm của nguyên liệu tăng lên.
- Hoá học: phá huỷ liên kết hoá học trong collagen và làm cho collagen trương nở
trong nước.
v Thiết bò: bồn chứa có cánh khuấy

3.1.2 Rửa lần 1
v Mục đích

Loại bỏ xà phòng ở giai đoạn khử béo và một số tạp chất lẫn trong nguyên liệu.
v Phương pháp thực hiện: rửa bằng hơi nước và nước nóng được đun sôi.
v Các biến đổi: Protein trương nở.
v Thiết bò rửa xối.

3.1.3 Trương nở
v Mục đích: Khử thành phần koáng, kết tủa mucin, chuẩn bò cho quá trình
trích ly.
v Phương pháp thực hiện
Cho dung dòch HCl 0,5% vào bồn chứa nguyên liệu với 20% chất khô.
Sản xuất gelatin từ da cá

21

pH điều chỉnh tối ưu ở pH=3 với nhiệt độ 30 ∙C trong thời gian 5 phút.
v Các biến đổi
- Vật lý: Da trương nở tối đa.
- Hoá học: Nguyên liệu bò acid hoá.
- Hoá lý: Độ ẩm của nguyên liệu tăng lên.
v Thiết bò: bồn trương nở

3.1.4 Rửa lần 2
v Mục đích: loại bỏ acid dư tong quá trình trương nở.
v Phương pháp thực hiện: rửa bằng nước sản xuất.
v Thiết bò: bồn rửa.

3.1.5 Trích ly
v Mục đích: thu gelatin hoà tan từ collagen của nguyên liệu.
v Các phương pháp trích ly:
Phương pháp acid

Trong thời gian gần đây, quá trình xử lí bằng acid ngày càng trở nên quan trọng ở
Châu Âu. Quá trình này thích hợp dùng cho da heo hay ossein sạch – các loại collagen còn
trẻ, chưa trưởng thành. Da của heo con thường khoảng 9 tháng tuổi có ít liên kết ngang nên
ngâm trong dung dòch acid 18 – 24 giờ sẽ tạo hiệu quả cho quá trình chuyển đổi. Acid
sulfuric và acid chlohydric thường được dùng, có thể kết hợp với acid photphoric để làm
chậm quá trình tạo màu. Riêng đối với da cá nước ngọt thì có thể sử dụng nhiều loại acid
hữu cơ như: acid acetic, acid citric hoặc acid lactic…để làm trương nở da một cách có hiệu
quả. Ưu điểm của quá trình xử lý acid là thời gian xử lý nhanh.
Tiến hành: nguyên liệu sau khi xử lý sạch bằng nước lạnh và nước ấm nhiều lần được
đem ngâm vào dung dòch acid với nồng độ không quá 5%. Giá trò pH trong khoảng 3,5 –
4,5; nhiệt độ tối thích là 15
0
C. Quá trình xử lý bằng acid sẽ được ngưng lại sau khi nguyên
liệu đã được acid hóa hoàn toàn hay đã trương nở tối đa. Sau đó, lượng acid dư được tháo
bỏ, rửa nguyên liệu lại bằng nước lạnh và trích ly gelatin bằng nước ấm ở khoảng nhiệt độ
45
0
– 50
0
C.
Phương pháp kiềm
Quá trình xử lý bằng base thường dùng cho da bò, ossein. Nguyên liệu được ngâm
Sản xuất gelatin từ da cá

22

trong dung dòch base vài tuần ở nhiệt độ môi trường. Vôi là tác nhân phổ biến nhất, khá
yếu nên không làm tổn thất nguyên liệu vì tránh không làm quá trình thủy phân xảy ra quá
mãnh liệt. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là phản ứng xảy ra chậm, kéo dài
đến 8 tuần hay hơn mới kết thúc.

Phương pháp kiềm nếu dùng hỗn hợp gồm 3% vôi với lượng ít CaCl
2
hay NaOH sẽ
cho kết quả tốt hơn. Nếu dùng NaOH thì quá trình xử lý sẽ kéo dài 10 – 14 ngày. Quá trình
này giúp làm phá vỡ các liên kết ngang trong collagen và hình thành nên collagen tan được
trong nước, đồng thời loại bỏ tạp chất.
Phương pháp áp suất cao
Da cá sau khi rã đông được xử lý rửa sạch bằng nước lạnh và nước ấm nhiều lần.
Tiếp theo tiến hành ngâm da sạch với acid acetic 50mM. Sau đó trích ly bằng nước ở 45
0
C.
Áp suất cao sẽ được kết hợp với khâu xử lý da bằng acid (để làm mất tính bất ổn đònh của
những liên kết ngang không bền của collagen làm da trương nở) hoặc khâu trích ly (để thúc
đẩy sự thủy phân của collagen).
Các khoảng áp suất sử dụng và thời gian xử lý đã được tiến hành nghiên cứu kết quả
cho thấy thấy khi sử phương pháp áp suất trong giai đoạn xử lý ngâm da với acid acetic
50mM ở 10
0
C tại áp suất 250MPa trong 10 phút là cho hiệu suất trích ly cao nhất.
Sử dụng áp suất cao có ưu điểm là rút ngắn được mức độ, thời gian xử lý hay trích ly,
đồng thời cải thiện chất lượng của gelatin (thể hiện rõ trong việc thay đổi khối lượng phân
tử của gelatin và do đó tính nhớt bò ảnh hưởng).
v Các biến đổi
- Hoá học: Sợi collagen sẽ co rút lại trong nước nóng và hầu như biến đổi không
thuận nghòch thành Gelatin có khả năng hoà tan.
v Thiết bò

Sản xuất gelatin từ da cá

23

Hình 3.1: Thiết bò trích ly
3.1.6 Lắng và lọc thô
v Mục đích: chuẩn bò cho quá trình lọc tinh.
v Phương pháp: lắng trọng lực và dùng màng lọc kích thước lớn
v Các biến đổi: màu sắc của dung dòch được cải thiện
v Thiết bò: lắng trọng lực và lọc vải

Hình 3.2: Bồn lắng trọng lực Hình 3.3: Thiết bò lọc khung bản
3.1.7 Lọc tinh
v Mục đích: Loại bỏ tạp chất có kích thước nhỏ, loại một phần chất béo
còn trong dung dòch
v Phương pháp: dựa vào thuyết va chạm và nguyên lý ly tâm
v Các biến đổi:
- Cảm quan: màu sắc của dung dòch trong hơn
v Thiết bò:
Sản xuất gelatin từ da cá

24


Hình 3.4: Thiết bò lọc tinh
3.1.8 Trao đổi ion
v Mục đích:
- Loại bỏ hoàn toàn các muối còn lại trong dung dòch
- Hấp phụ hợp chất tan ( màu, mùi, vò, )
v Thiết bò:

Hình 3.5: Thiết bò trao đổi ion
3.1.9 Sấy
v Mục đích:
-Làm giảm hàm ẩm tạo điều kiện thuận lợi trong bảo quản và phân phối.