LUẬN VĂN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA GELATIN TỪ DA CÁ TRA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC









LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC



NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA
GELATIN TỪ DA CÁ TRA









SVTH : TRẦN LƯỠNG ĐẠI
MSSV : 60300560
GVHD : TS. TRẦN BÍCH LAM
BỘ MÔN : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TP HỒ CHÍ MINH, 1/ 2008


i
LỜI CẢM ƠN


Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn cô Trần Bích Lam đã tận tình giúp đỡ,
hướng dẫn cho em thực hiện tốt luận văn này.
Kế đến, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tập thể quý thầy cô bộ môn Công nghệ
Thực phẩm - những người đã dẫn dắt, chỉ dạy và cung cấp những kiến thức cơ bản về
chuyên ngành, cũng như những kiến thức xã hội cần thiết trong suốt 5 năm học. Đó
chính là nền tảng giúp em hoàn thành tốt luận văn của mình và là hành trang cho em
vững tin bước vào cuộc sống.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè, những người đã quan tâm, giúp đỡ tôi
hoàn thành luận văn này.

Tháng 1/2008, Tp. Hồ Chí Minh
Sinh viên thực hiện
Trần Lưỡng Đại



iii
MỤC LỤC

Lời cảm ơn i
Tóm tắt luận văn ii
Mục lục iii
Danh mục các bảng iv
Danh mục các hình .v
Lời mở đầu vi
Chương 1: TỔNG QUAN 1
1.1. Giới thiệu về collagen 2
1.2. Định nghĩa gelatin 5
1.3. Cấu tạo của gelatin 5
1.3.1. Thành phần hoá học .5
1.3.2. Cấu trúc phân tử .6
1.3.3. Phân tử lượng .8
1.4. Tính chất của gelatin .11
1.4.1. Tính chất hoá lý 11
1.4.1.1 Điểm đẳng điện 11
1.4.1.2 Độ nhớt 12
1.4.1.3 Nội ứng suất 13
1.4.1.4 Tính chất phục hồi 15
1.4.2. Tính năng tạo gel 16
1.4.2.1 Sự tạo gel 16
1.4.2.2 Phương pháp đánh giá tính năng tạo gel 15
1.4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel 16
1.4.2.3.1 Gelatin tan trong nước 16
1.4.2.3.2 Gelatin trong dung dịch 21
1.4.3. Quá trình hoà tan và tính lưu biến học của dung dịch gelatin 23
1.4.3.1 Quá trình hoà tan gelatin 23
1.4.3.1.1 Các bước của quá trình hoà tan gelatin 23
1.4.3.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hoà tan bột gelatin 23
1.4.3.1.3 So sánh quá trình hoà tan truyền thống và hiện đại 25

1.4.3.1.4 Độ nhớt dung dịch 26
1.4.3.1.5 Thời gian và nhiệt độ cần thiết để định hình dung dịch 27
1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất gelatin 28
1.5.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc phân tử gelatin 28
1.5.1.1 Anh hưởng điều kiện sản xuất đến cấu trúc gelatin 28
iii
1.5.1.2 Mối quan hệ giữa tính chất cơ lý và cấu trúc không gian của
phân tử gelatin 29
1.5.1.3 Anh hưởng của nước đến cấu trúc và tính chất cơ học của
gelatin 30
1.5.1.4 Anh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi cấu trúc và tính chất
của gelatin 31
1.5.2. Anh hưởng đến tính chất gelatin 35
1.5.2.1 Anh hưởng đến tính chất hoá lý 35
1.5.2.2 Anh hưởng đến tính chất cơ lý 35
1.6. Gelatin da cá 37
1.6.1. Ứng dụng trong thực phẩm 38
1.6.1.1 Ứng dụng trong công nghệ sản xuất bánh kẹo 38
1.6.1.2 Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm từ
sữa 40
1.6.2. Ứng dụng trong dược phẩm 43
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44
2.1. Nguyên liệu 45
2.2. Thiết bị sử dụng trong phòng thí nghiệm 46
2.3. Phương pháp nghiên cứu 47
2.3.1. Các bước nghiên cứu 47
2.3.2. Thuyết minh 47
2.4. Phương pháp phân tích 50
2.4.1. Phương pháp xác định hàm lượng ẩm 50
2.4.2. Phương pháp xác định hàm lượng tro tổng 50

2.4.3. Phương pháp xác định hàm lượng acid amin 52
2.4.4. Phương pháp xác định hàm lượng kim loại 55
2.4.5. Phương pháp xác định phân tử lượng 56
2.4.6. Phương pháp xác định pH 58
2.4.7. Phương pháp xác định độ nhớt 59
2.4.8. Phương pháp xác định độ đục 60
2.4.9. Phương pháp xác định điểm đẳng điện pI 60
2.4.10. Phương pháp xác định điểm tan chảy, điểm tạo gel 61
2.4.11. Phương pháp xác định khả năng tạo gel 61
2.4.12. Phương pháp xác định ảnh hưởng nồng độ đến tính chất gelatin 62
2.4.12.1 Anh hưởng nồng độ đến độ nhớt 62
2.4.12.2 Anh hưởng nồng độ đến độ bền gel 62
iii
2.4.13. Phương pháp xác định ảnh hưởng pH đến tính chất gelatin 63
2.4.14. Phương pháp xác định thời gian gel trưởng thành theo thời gian 63
2.4.15. Phương pháp xác định độ bền bọt 64
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 65
3.1. Xác định thành phần hoá học của chế phẩm gelatin TN 66
3.1.1. Thông số ẩm 66
3.1.2. Thông số tro 67
3.1.3. Thành phần acid amin 68
3.1.4. Thành phần kim loại 71
3.2. Phân tử lượng 71
3.3. Xác định các tính chất hoá lý cơ bản của gelatin 72
3.3.1. Nhiệt độ tan chảy, nhiệt độ tạo gel 73
3.3.2. Độ nhớt 74
3.3.3. Độ đục 75
3.3.4. Khả năng tạo gel 76
3.3.5. pH 78
3.3.6. Điểm đẳng điện pI 78

3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của dung dịch gelatin 79
3.4.1. Anh hưởng của nồng độ đến độ nhớt 79
3.4.2. Anh hưởng của nồng độ đến pH 82
3.4.3. Anh hưởng của nồng độ đến độ bền gel 86
3.4.4. Anh hưởng của dung dịch đệm đến độ nhớt 87
3.4.5. pH của dung dịch gelatin trong dung dịch đệm 91
3.4.6. Anh hưởng pH dung dịch đệm đến độ bền gel 95
3.4.7 Anh hưởng thời gian gel trưởng thành đến độ bền gel 97
3.4.8 Khả năng tạo bọt 100
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 101
Phụ lục 1: SỐ LIỆU KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 103
Phụ lục 2: CÁC TIÊU CHUẨN CỦA GELATIN THƯƠNG MẠI 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO






iii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần chuỗi
α

của các loại collagen dùng để sản xuất gelatin 4
Bảng 1.2: Sự phân bố acid amin của 3 chuỗi
α
trong collagen loại I và III 4
Bảng 1.3: Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin 9
Bảng 1.4: Tỉ lệ các phân đoạn phân tử trong gelatin chất lượng cao (Bloom
250g)……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………….10
Bảng 1.5: Anh hướng của cấu trúc Gelatin đến tính chất cơ lý của Gelatin dạng
mỏng……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………….27
Bảng 1.6: Anh hưởng hàm lượng fomanmide đến khả năng chịu tải của gel 28
Bảng 1.6: Hàm lượng nước chưhá trong gelatin 29
Bảng 1.8: Thành phần acid amin của một số loại gelatin da cá và gelatin da thú 34
Bảng 1.9: Bảng ứng dụng của gelatin trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo 37
Bảng 1.10: Loại và lượng gelatin sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa 39
Bảng 2.1: Đặc điểm chất lượng sản phẩm gelatin của công ty Merck- Đức 42
Bảng 2.2: Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm của công ty Rousselot – Pháp 43
Bảng 2.3: Bước sóng đo quang phổ phát xạ ứng với từng kim loại 51
Bảng 3.1: Giá trị độ ẩm của các mẫu thí nghiệm 67
Bảng 3.2: Giá trị hàm lượng tro đo được của các mẫu 68
Bảng 3.3: Giá trị hàm lượng acid amin trong mẫu TN 69
Bảng 3.4: So sánh các thành phần acid amin của các loại gelatin khác nhau 71
Bảng 3.5: Hàm lượng kim loại của gelatin 71
Bảng 3.6: So sánh hàm lượng kim loại giữa các loại gelatin 71
Bảng 3.7: Giá trị độ nhớt mẫu thí nghiệm và mẫu đối chứng đã biết phân tử lượng.
72
Bảng 3.8: So sánh phân tử lượng của các loại gelatin khác nhau 73
Bảng 3.9: Nhiệt độ tan chảy và nhiệt độ tạo gel của các mẫu gelatin 74
Bảng 3.10: So sánh nhiệt độ tan chảy và nhiệt độ tạo gel của các mẫu gelatin da cá 74

Bảng 3.11: So sánh tổng hàm lượng Proline và 4-Hydroxyproline giữa các loại gelatin
da
cá………………………………………………………………………………………
………………………………………………75
Bảng 3.12: Giá trị độ nhớt của nguyên liệu tại nồng độ 6,67% 75
Bảng 3.13: Anh hưởng nồng độ đến độ hấp thu của các mẫu 76
Bảng 3.14: Độ bền gel ở nồng độ 6,67% của các mẫu 77
Bảng 3.15: Giá trị pH ở nồng độ 6,67% 78
Bảng 3.16: Anh hưởng pH đến độ nhớt mẫu TN 80
Bảng 3.17: So sánh điểm đẳng điện của các loại gelatin da cá khác nhau 81
Bảng 3.18: Giá trị đo được trước và sau thời gian trưởng thành của các mẫu 82
Bảng 3.19: Giá trị độ nhớt đo được trước và sau thời trưởng thành 83
Bảng 3.20: Gía trị pH đo được của các mẫu trước và sau thời gian trưởng thành 86
Bảng 3.21: Giá trị pH đo được ở các nồng độ khác nhau trước và sau thời gian trưởng
thành 86
Bảng 3.22: Giá trị độ bền gel theo nồng độ 88
Bảng 3.23: Giá trị thời gian đo được trước và sau thời gian trưởng thành 89
Bảng 3.24: Giá tri độ nhớt đo được trước và sau thời gian trưởng thành 91
Bảng 3.25: Kết quả pH các mẫu trước và sau thời gian trưởng thành 94
Bảng 3.26: Giá trị pH đo được tương ứng với pH dung dịch đệm 98
Bảng 3.27: Giá trị độ bền bền gel đo được ảnh hưởng bởi pH 99
Bảng 3.28: Giá trị lực đâm xuyên của các mẫu 101
Bảng 3.29: Giá trị khả năng tạo bọt và độ bền bọt theo thời gian 102
Bảng 4.1: Chất lượng dung dịch gelatin cá da trơn nồng độ 6,67%. 103
Bảng PL2.1: Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong thực phẩm 132
Bảng PL2.2: Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong dược phẩm 132
Bảng PL2.3: Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong công nghiệp 133
Bảng PL2.4: Tiêu chuẩn của gelatin sản xuất theo phương pháp acid 134

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Tropocollagen 2
Hình 1.2: Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen 3
Hình 1.3: Cấu tạo phân tử collagen 3
Hình 1.4: Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin 6
Hình 1.5: Chuỗi phân tử gelatin. 6
Hình 1.6: Cấu trúc bậc I của gelatin 7
Hình 1.7: Cấu trúc bậc II của gelatin 7
Hình 1.8: Cấu trúc bậc III của gelatin 7
Hình 1.9: Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin 250 loại B 9
Hình 1.10: Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin 250, loại A bằng điện di gel
9
Hình 1.11: Biểu đồ nội ứng suất phụ thuộc vào nhiệt độ của màng gelatin trong
không khí khô (1) và trong điều kiện khô hoàn toàn (2) 12
Hình 1.12: Biểu đồ ưng suất phục hồi của Gelatin trong không khí khô và khô hoàn
toàn ở: 20(1); 30(2); 50(3); 70(4); 100(5); 150(6); 180(7); 200(8) và 220
°
C. (a’)
phóng đại đường cong 7; (c) Sự phụ thuộc ứng suất phục hồi vào nhiệt
độ………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………13
Hình 1.13: Anh hưởng của nồng độ và pH lên độ nhớt của dung dịch gelatin 16
Hình 1.14: Anh hưởng của pH lên khả năng khuếch tán nước vào dung dịch
gelatin 18
Hình 1.15: Anh hưởng của nhiệt độ lên khả năng khuếch tán nước vào dung dịch
gelatin 18
Hình 1.16: Độ bền gel của các loại gelatin từ da heo, da cá Atlantic salmon và
Atlantic cod ở nhiệt độ ổn định là 10
0

C 20
Hình 1.17: Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ và loại gelatin 20
Hình 1.18: Anh hưởng của pH và nồng độ gellan lên modul tàng trữ gel 21
Hình 1.19: Anh hưởng của pH và nồng độ guar lên modul tàng trữ gel 21
Hình 1.20: Đường cong hòa tan của các dạng hạt gelatin cùng kích thước nhưng khác
độ Bloom. 23
Hình 1.21: Khả năng trương nở của bôt gelatin phụ thuộc vào kích thước ở 18
o
C. 23
Hình 1.22: Độ nhớt của dịch tạo khuôn trong gummy trái cây khi làm nguội phụ
thuộc vào hàm lượng nước. 26
Hình 1.23: Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa độ giãn và nhiệt độ của màng
gelatin 30
Hình 1.24: Đồ thị biểu diễn sự tương quan giữa khả năng chịu tải của màng
gelatin với áp suất hơi nước và đường hấp thu nước đẳng nhiệt của Gelatin dạng
xoắn. 31
Hình 1.25: Đồ thị biểu diễn sự tương quan giữa khả năng chịu tải của màng
gelatin với áp suất hơi nước và đường hấp thu nước đẳng nhiệt của Gelatin dạng
cuộn. 33
Hình 1.26: Quan hệ giữa khả năng chịu lực của màng Gelatin với lượng ECH
trong dung dịch Gelatin. P/Po 0(1); 0.3 (2); 0.65(3); 0.8 (4) và 0.9 (5). 34
Hình 1.27: Đồ thị thể hiện sự giãn dài của màng Gelatin dạng nguội (a) ở 20(1),
70(2), 100(3), 150(4), 220
°
C(5) và biểu diễn sự phụ thuộc của ứng suất tối đa và
biến dạng theo nhiệt độ. 36
Hình 1.28: Các phần thị trường dành cho các chất keo quan trọng được ứng dụng trong
công nghệ thực phẩm 42
Hình 1.29: Viên bao nang mềm 43
Hình 3.1: Quan hệ giữa độ hấp thu (A) và nồng độ (g/l) 72

Hình 3.2: Anh hưởng pH đến thời gian chảy trong ống mao quản của mẫu TN 79
Hình 3.3: Anh hưởng của nồng độ lên giá trị độ nhớt cua mẫu D 82
Hình 3.4: Anh hưởng của nồng độ lên giá trị độ nhớt mẫu P 82
Hình 3.5: Anh hưởng của nồng độ lên độ nhớt mẫu TN 82
Hình 3.6: Anh hưởng nồng độ lên pH của mẫu P 83
Hình 3.7: Anh hưởng nồng độ lên pH của mẫu P 86
Hình 3.8: Anh hưởng của nồng độ lên pH của mẫu
TN………………………………………… 86
Hình 3.9: Anh hưởng nồng độ lên độ bền gel của các mẫu 88
Hình 3.10: Anh hưởng pH lên độ nhớt của mẫu
D…………………………………………………………………88
Hình 3.11: Anh hưởng pH lên độ nhớt của mẫu P 91
Hình 3.12: Anh hưởng pH đến độ nhớt của mẫu TN 91
Hình 3.13: Anh hưởng pH đệm đến độ nhớt các mẫu khảo sát 91
Hình 3.14: Anh hưởng pH dung dịch đệm đến pH mẫu D 92
Hình 3.15: Anh hưởng pH dung dịch đệm đến pH mẫu P 95
Hình 3.16: Anh hưởng pH dung dịch đệm lên pH mẫu TN 96
Hình 3.17: Anh hưởng pH đệm đến pH các mẫu khảo sát 96
Hình 3.18: Anh hưởng pH lên giá trị lực đâm xuyên đến các mẫu thí nghiệm D, P,
TN 98
Hình 3.19: Anh hưởng của thời gian gel trưởng thành t lên giá trị lực đâm xuyên F
của mẫu D 100
Hình 3.20: Anh hưởng của thời gian gel trưởng thành t lên giá trị lực đâm xuyên F
của mẫu P 100
Hình 3.21: Anh hưởng của thời gian gel trưởng thành t lên giá trị lực đâm xuyên F
của mẫu TN 101

LỜI MỞ ĐẦU

Gelatin là một sản phẩm protein công nghiệp có nhiều tính năng quan trọng
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, phim
ảnh, nghiên cứu vi sinh, … Trong công nghiệp thực phẩm gelatin đang ngày càng
chiếm thị phần lớn trong số các chất tạo gel. Sản lượng gelatin trên thế giới ngày
càng tăng.
Mặc dù có rất nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, công nghiệp dược
phẩm và một số ngành công nghiệp khác nhưng gelatin sản xuất từ da heo không
được chấp nhận ở các nước Hồi giáo, trong khi đó ở các nước An Độ giáo thì
gelatin sản xuất từ bò chỉ được chấp nhận khi đã được làm theo những đòi hỏi của
tôn giáo. Vì những lí do tôn giáo như vậy nên ở một số nơi trên thế giới không
chấp nhận gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú dù có chất lượng tốt và ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực. Vì vậy trên thế giới ngày càng có nhiều nghiên cứu sản
xuất gelatin từ các nguyên liệu khác.
Tiềm năng nguyên liệu sản xuất gelatin từ da cá ở nước ta là rất lớn.
Trong các quy trình công nghệ chế biến cá da trơn, tỷ lệ thịt fillet thương
phẩm của cá Basa chỉ chiếm 35%, còn lại 65% là phụ phẩm. Tương tự với cá Tra,
thịt fillet là 39,31%, còn lại 60,69% là phụ phẩm, trong đó nguyên liệu dùng để
sản xuất gelatin là da cá chiếm khoảng 5 – 6%. Nếu so với sản lượng cá một triệu
tấn/năm mà ngành thuỷ sản Việt Nam đang đạt đến thì lượng phụ phẩm hàng năm
thải ra là một con số vô cùng lớn.
Với sản lượng da cá thải ra chiếm khoảng 50000 tấn/năm thì việc sử dụng
phần phụ phẩm này hiệu quả sẽ mang lại lợi ích kinh tế, giảm ô nhiễm môi trường,
tạo thêm nhiều việc làm cho người lao động, góp phần cùng ngành công nghiệp
thuỷ sản nước ta phát triển bền vững. Hiện nay ở đồng bằng Cửu Long, đã có
nhiều nhà máy chế biến cá có công suất hàng trăm tấn cá/ngày, công ty AGIFISH
đạt gần 300 tấn nguyên liệu/ngày, Công ty TNHH Nam Việt đạt 500 tấn/ngày, nhà
máy Thuỷ sản Cần Thơ là 500 tấn/ngày,… Đây là điều kiện hết sức thuận lợi cho

việc tập trung phụ phẩm da cá để sản xuất gelatin công nghiệp.
Một số nghiên cứu ở các nước cho thấy gelatin từ da cá có thể có tính chất
tạo gel không hoàn toàn giống với gelatin da thú. Vì vậy việc nghiên cứu tính chất
của sản phẩm này là hết sức cần thiết nhằm xác định giá trị sử dụng của nó.
Xuất phát từ yêu cầu đó chúng tôi tiến hành đề tài: “ Nghiên cứu tính chất
của gelatin từ da cá tra”.
Mục tiêu của đề tài nhằm đánh giá tính chất và tính năng công nghệ của
sản phẩm gelatin từ da cá từ đó xác định khả năng ứng dụng trong thực tế.
Nội dung nghiên cứu gồm:
- Phân tích các thành phần hoá học ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
- Xác định các tính chất hoá lý, tính năng công nghệ đặc trưng.
Mặc dù chúng tôi đã tập trung được nguồn tài liệu và nghiên cứu các
phương pháp phân tích cần thiết, nhưng phương tiện nghiên cứu tính chất cấu trúc
và tính năng công nghệ ở các phòng thí nghiệm hiện nay còn rất thiếu, hơn nữa
với kiến thức và năng lực còn hạn hẹp nên những kết quả đạt được mới chỉ là
những khảo sát ban đầu và đề tài không tránh khỏi những sai sót.
Chúng tôi chân thành cám ơn các ý kiến đóng góp.

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 1 -




CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN

1.1. Collagen – nguồn protein nguyên thủy của gelatin
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 2 -
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 vị cơ bản của collagen là tropocollagen, gồm 3 chuỗi α liên kết nhau tạo thành
những sợi nhỏ.

Hình 1.1 Tropocollagen [31]
Các phân tử tropocollagen sẽ liên kết ngang với nhau theo kiểu cộng hóa trị. Loại
liên kết này không thông dụng, thường chỉ có ở collagen hay các chất dẻo.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 3 -

Hình 1.2 Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen [29]

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.

Hình 1.3 Cấu tạo phân tử collagen [31]
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 4 -
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. Đã biết tới 10 loại collagen có cấu trúc khác
nhau và có 4 loại mới đang được nghiên cứu. Trong đó, collagen loại I và III là được biết
đến nhiều nhất vì là nguồn nguyên liệu sản xuất gelatin thương mại.
Bảng 1.1 Thành phần chuỗi
α
của các loại collagen dùng để sản xuất gelatin [29]
L
oại
Thành phần chuỗi
phân tử
Phân bố
I
I
II
{2[
α
1(I)], [
α
2(I)]}
3[
α
1(III)]

Da, xương, sụn…
Da (không có trong
xương)
Mặc dù các chuỗi
α
hoàn toàn giống nhau về các tính chất vật lí nhưng sự khác
nhau về thành phần hoá học có thể làm thay đổi đặc tính của gelatin. Vì thế, sự phân bố
của thành phần acid amin trong các chuỗi
α
cần phải được quan tâm.
Bảng 1.2 Sự phân bố acid amin của 3 chuỗi
α
trong collagen loại I và III
Thành phần
Thành phần theo tỉ lệ/1000
α
1 (loại I)

α
2 (loại I)

α
1 (loại III)

3 – Hydroxyproline

4 – Hydroxyproline

Proline
Lysine

Hydroxylysine
Glycine
Cysteine
Serine
Alanine
Histidine
Valine
Methionine
Isoleucine
1
108
124
26
9
333
0
34
115
3
21
7
6
2
93
113
18
12
338
0
30

102
12
35
5
14
0
125
107
30
5
350
2
39
96
6
14
8
13
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 5 -
Leucine
Arginine
Phenylalanine
Aspartic acid
Threonine
Glutamic acid
Tyrosine
19
50

12
42
16
73
1
30
50
12
44
19
68
4
22
46
8
42
13
71
3
Collagen là protein động vật, không có trong thực vật. Nhưng các nhà sản xuất vẫn
dùng khái niệm collagen cho thực vật, đây là một khái niệm sai lầm về mặt kĩ thuật.
Collagen thực vật có nguồn gốc từ cây mía, lá và trái của cây keo có xuất xứ từ tảo
biển… nên rất khác với collagen từ động vật. Chúng không có bản chất là protein, có khả
năng hấp thụ kém hơn.
1.2. Gelatin
Gelatin là polypeptit cao phân tử thu nhận từ collagen 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 bị thoái hoá do nhiệt.

1.3. Cấu tạo gelatin [19, 20, 21, 22, 30, 4, 5, 6, 32, 33]
1.3.1 Thành phần hoá học
Phân tử gelatin bao gồm:
ü 85 – 90% protein
ü 0,5 – 2% muối khoáng
ü 8 – 13% nước
Thành phần acid amin trong gelatin có gần đầy đủ các loại acid amin, ngoại trừ
tryptophan và cystein chỉ đôi khi tìm thấy dạng vết.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 6 -

Hình 1.4. Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin [32]
Tỉ lệ giữa các acid amin có thể khác nhau, phụ thuộc vào nguyên liệu và phương
pháp sản xuất.
1.3.2 Cấu trúc phân tử
Cấu trúc phân tử của gelatin gồm 18 acid amin khác nhau liên kết theo một trật tự
xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 1000 acid amin, hình thành
nên cấu trúc bậc 1. Chuỗi peptide có chiều dài khác nhau, phụ thuộc nguồn nguyên liệu,
chuỗi có một đầu là nhóm amin, một đầu là nhóm cacboxyl. Giống như collogen cấu trúc
thường gặp của gelatin: Gly – X – Y
Với: X chủ yếu là nhóm proline
Y chủ yếu là nhóm hydroxyproline

Hình 1.5. Chuỗi phân tử gelatin.
R
1
, R
2
là các nhóm acid amin khác nhau

Cấu trúc cơ bản của chuỗi gelatin là: – Ala – Gly – Pro – Arg – Gly – Glu – Hyp –
Gly – Pro
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 7 -

Hình 1.6. Cấu trúc bậc I của gelatin [30]
Cứ 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc tạo nên cấu trúc bậc 2. Cấu trúc
bậc 3 được tạo thành do chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó.

Hình 1.7. Cấu trúc bậc II của gelatin [32]

Hình 1.8 Cấu trúc bậc III của gelatin [19]
Về mặt cấu trúc không gian, trong gelatin có những liên kết peptide kiểu “cộng hóa
trị” gần giống với các liên kết peptide của acid amin trong collagen. Tuy nhiên, trong thực
tế vẫn chưa chứng minh được có sự sắp xếp lại thành phần cấu trúc trong quá trình
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 8 -
chuyển đổi collagen thành gelatin hay không. Phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy có một
vài cấu trúc giống dạng sợi trong gelatin, nhưng không thể so được với cấu trúc dạng
màng sắp xếp rất chặt chẽ của collagen.
Liên kết trong Gelatin là liên kết mắt xích cao phân tử điển hình tương tự liên kết
mắt xích của polyme tổng hợp.
Cấu trúc điển hình của Gelatin là dạng sợi. Trong dung dịch những đại phân tử với
cấu trúc dạng sợi (dài) chiếm ưu thế. Khi nhiệt độ tăng lên thì cấu trúc chuyển sang dạng
cuộn.
Ngoài ra Gelatin còn có những tính chất đặc biệt sau:
+ Cấu trúc đa dạng: mắt xích với từng đơn vị xác định.
+ Cấu trúc bậc 3 xoắn ốc mà polyme tổng hợp không có.

+ Cấu trúc xoắn ốc của Gelatin phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
ü Liên kết ngang hoá trị.
ü Khối lượng phân tử.
ü Sự xuất hiện của iminoacid.
ü Nồng độ Gelatin.
+ Tính chất đặc biệt của polyme sinh học là khả năng tương tác với nước khác với
polyme nhân tạo.
1.3.3 Khối lượng phân tử cuả Gelatin
Khối lượng phân tử có thể được xác định bằng phương pháp sắc ký rây phân tử (lọc
gel), điện di trên gel polyacrylamide và HPLC.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 9 -

Hình 1.9 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin 250 loại B [4]
Gelatin có Bloom cao thường chứa một tỉ lệ lớn (30 – 50%) các phân tử có kích
thước giống nhau dưới dạng các chuỗi
α
và
β
. Theo Rose, 1977, phần lớn các gelatin
cũng chứa nhiều tổ hợp phân tử có khối lượng tới 10 triệu và các chuỗi polypeptide có
khối lượng phân tử ít hơn 80000.


Hình 1.10. Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin 250, loại A -phân tích bằng
điện di trên gel [19]
(Bên phải là của gelatin, bên trái là các protein chuẩn dùng so sánh khối lượng
phân tử).
Dựa vào hình có thể nhận thấy có hai chuỗi rõ ràng với khối lượng khoảng

120000Da, tương đương khối lượng của các phân tử
β
α
,
- collagen; một vài chuỗi có
khối lượng phân tử thấp, có thể là sản phẩm của quá trình thuỷ phân khi sản xuất gelatin;
và một vài protein cao phân tử, có thể đã không bị loại bỏ trong khi xử lí nhiệt.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 10 -
Những nghiên cứu về thành phần và số lượng các phân đoạn phân tử chính trong
gelatin sẽ giúp tìm hiểu các tính chất vật lí của gelatin được rõ hơn.
Bảng 1.3 Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin [4]
Phân đoạn phân tử Các đặc điểm chính
Q

1 – 4
X
γ

β

α

A – peptide
−
α
,
−
β

và
−
γ
peptide
Có khối lượng phân tử rất lớn, 15 – 20 x 10
6
dalton, dạng nhánh
giúp tạo gel tốt.
Là các chuỗi oligomer của chuỗi
α
(thường 5 – 8 chuỗi)
Là oligomer của 4 chuỗi
α

285000 dalton (3 chuỗi
α
)
190000 dalton (2 chuỗi
α
)
95000 dalton
86000 dalton
Xuất hiện ở đoạn giữa các đỉnh
Bảng 1.4 Tỉ lệ các phân đoạn phân tử trong gelatin chất lượng cao (Bloom 250g) [4]
Nguồn gốc

Độnhớt (mp)

Tỉ lệ các phân đoạn (%)
< A

A

α

−
β
peptide

β

−
γ
peptide

γ
-X

1-4

Q

1
2
3
65
57
55
20
28

35
9
4
4
28

30

10

5
6
12
11

13

11

4
3
6
12
8
11
6
4
7
5
3

4
Với: + 1: Ossein được xử lí bazơ
+ 2: Da sống được xử lí bazơ
+ 3: Da heo được xử lí acid
Các loại gelatin có nguồn gốc khác nhau sẽ có nhiều khác biệt trong phân bố khối
lượng phân tử. Gelatin từ ossein được xử lí bazơ có nhiều A – peptide nhưng tỉ lệ của
tổng các chuỗi peptide lại thấp. Trong khi đó, gelatin từ da sống và da heo có độ nhớt
thấp nên có số lượng lớn các chuỗi peptide và có khuynh hướng làm giảm các thành phần
khối lượng cao phân tử.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN

- 11 -
Sự phức tạp trong cấu trúc hóa học của gelatin đã ảnh hưởng lớn đến các tính chất
của gelatin. Vì vậy để tìm hiểu, giải thích rõ ràng và đầy đủ các tính chất của gelatin cần
phải nghiên cứu kĩ cấu trúc của gelatin.
1.4 Tính chất của Gelatin [2, 3, 4, 7, 9, 13, 14, 15, 16, 19]
Gelatin là chất rắn dạng miếng, vảy, bột hoặc hạt, không mùi, không vị, 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.
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 dịch.
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 dịch
nồng độ cao kết tủa.
Gelatin được coi là một thực phẩm. Gelatin còn là phụ gia thực phẩm không có giới
hạn sử dụng.

1.4.1 Tính chất hoá lý
1.4.1.1 Điểm đẳng điện
Điểm đẳng điện (pI) của hệ khuếch tán được định nghĩa là giá trị pH của môi trường
mà tại đó các phần tử trung hoà điện và các hạt phân tán không chuyển động trong điện
trường.
Giống như các loại protein khác, gelatin có thể xem là acid hay bazơ, điều này phụ
thuộc vào giá trị pH. Trong dung dịch acid, gelatin tích điện dương, còn trong dung dịch
bazơ, gelatin tích điện âm. Tại điểm pH, khi gelatin có tổng số điện tích dương cân bằng
với tổng số điện tích âm, phân tử không chuyển động trong điện trường thì đó là điểm
đẳng điện.
Điểm đẳng điện của dung dịch gelatin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn gốc,
phương pháp sản xuất…Sự khác nhau về tỉ lệ các nhóm acid amin và cacboxyl đã làm
điểm đẳng điện của các loại gelatin khác nhau. Trong collagen, 35% nhóm acid amin ở
dạng acid nên pI khoảng 9,4 (Eastoe, 1967). Trong quá trình tạo gelatin, phản ứng thuỷ
phân bằng acid hay bazơ sẽ làm thay đổi giá trị pI này. Nhìn chung, giá trị pI của gelatin