LUẬN VĂN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ TRA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BK
TP.HCM





LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC



NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ TRA









SVTH : VŨ LÊ HOÀNG VÂN
CBHD : TS. TRẦN BÍCH LAM

TP Hồ Chí Minh, 01/2008

N
N
H
H
Ậ
Ậ
N
N


X
X
É
É
T
T


C
C
Ủ
Ủ
A
A

G
G
I
I
Á
Á
O
O


V
V
I
I
Ê
Ê
N
N


H
H
Ư
Ư
Ớ
Ớ
N
N
G
G

D
D
Ẫ
Ẫ
N
N














Tp. Hồ Chí Minh, Ngày …… tháng …… năm ……
Chữ ký của giáo viên hướng dẫn



i
LỜI CẢM ƠN
š ›

Trong suốt thời gian học tập trên giảng đường đại học, tôi đã nhận được nhiều sự
hướng dẫn của thầy cô, sự quan tâm giúp đỡ của gia đình và bạn bè. Giờ đây, tôi xin gửi lời
cảm ơn chân thành và sâu sắc đến những người đã luôn động viên tôi hoàn tất chương trình
học cũng như đã luôn ở cạnh tôi trong những tháng năm đầu tiên bước vào đời.
Cảm ơn cô Trần Bích Lam đã nhiệt tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất
cho em hoàn thành luận văn này.
Xin cảm ơn tập thể quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Hóa học, đặc biệt là các thầy cô trong
bộ môn Công nghệ Thực phẩm – những người đã trực tiếp truyền đạt cho em những kiến
thức chuyên ngành cũng như những kiến thức xã hội cần thiết, giúp ích cho em trong công
việc tương lai.
Cảm ơn gia đình, vì đã luôn là chỗ dựa vững chắc về mặt vật chất cũng như tinh thần
giúp tôi vượt qua những khó khăn trong học tập và cả trong cuộc sống.
Cảm ơn những người bạn tốt đã hết lòng giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong suốt thời gian
thực hiện luận văn.
Tháng 1/2008, Tp. Hồ Chí Minh
Sinh viên thực hiện
Vũ Lê Hoàng vân




ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài “ Nghiên cứu tối ưu hóa công nghệ sản xuất gelatin từ da cá Tra” đã được thực
hiện trong 3 tháng với các nội dung sau:
- Tổng quan tài liệu về nguồn nguyên liệu, phương pháp sản xuất, tính chất và
ứng dụng của gelatin.
- Tiến hành thử nghiệm so sánh công nghệ sản xuất gelatin theo 3 phương pháp
xử lý là phương pháp kiềm – acid, phương pháp acid, phương pháp enzyme –

acid. Trên cơ sở đó lựa chọn phương pháp acid do có hiệu suất trích ly cao và
chất lượng gelatin tương đối tốt để tiến hành tối ưu hóa.
- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ acid, thời gian xử lý acid, tỷ lệ
acid / nguyên liệu đến giai đoạn xử lý nguyên liệu.
- Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng trong giai đoạn xử lý nguyên liệu bằng
phương pháp quy hoạch thưc nghiệm.
- Thử nghiệm sản xuất gelatin da cá thành phẩm với các thông số đã tối ưu.
- Kiểm tra các tính chất của gelatin sản xuất được và so sánh với một số loại
gelatin khác trên thị trường để bước đầu đánh giá khả năng thay thế của
gelatin từ da cá cho các loại gelatin khác thường dùng trong các sản phẩm
thực phẩm.




iii

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i
Tóm tắt luận văn ii
Mục lục iii
Danh mục các bảng vi
Danh mục các hình viii
Danh mục các công thức x
Mở đầu 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1. Nguyên liệu da cá 3
1.1.1. Cá Tra 3
1.1.2. Da cá 4

1.2. Collagen 5
1.2.1. Cấu tạo 6
1.2.2. Tính chất 8
1.3. Gelatin 9
1.3.1. Lịch sử phát triển 9
1.3.2. Định nghĩa 10
1.3.3. Cấu tạo 11
1.3.4. Phân loại 15
1.3.5. Tính chất 19
1.3.6. Phương pháp sản xuất 26
1.3.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của gelatin 36
1.3.8. Một số phương pháp cải tiến chất lượng của gelatin 38
1.3.9. Ứng dụng 38
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43
2.1. Nguyên vật liệu nghiên cứu 43

iv
2.1.1. Da cá 43
2.1.2. Hóa chất sử dụng 44
2.1.3. Thiết bị sử dụng 44
2.2. Phương pháp nghiên cứu 45
2.2.1. Mục đích nghiên cứu 45
2.2.2. Sơ đồ nghiên cứu 45
2.2.3. Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu 46
2.3. Các phương pháp phân tích 51
2.3.1. Phương pháp xác định độ ẩm 51
2.3.2. Phương pháp xác định hàm lượng tro tổng 52
2.3.3. Phương pháp xác định hàm lượng lipid trong mẫu rắn 52
2.3.4. Phương pháp xác định hàm lượng lipid trong mẫu lỏng 53
2.3.5. Phương pháp xác định hàm lượng nitơ tổng và protein tổng 53

2.3.6. Phương pháp đo độ nhớt 55
2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu 56
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 61
3.1. Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu 61
3.2. Chọn phương pháp công nghệ 62
3.3. Khảo sát chế độ xử lý 65
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid đến khả năng trương nở 65
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý đến khả năng trương nở 67
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ acid đến khả năng trương nở 68
3.4. Tối ưu hóa các thông số công nghệ của quá trình xử lý nguyên liệu 69
3.4.1. Xác định phương trình hồi quy cho các hàm mục tiêu 70
3.4.2. Tối ưu hóa cho các hàm mục tiêu 80
3.4.3. Tối ưu hóa cho ba hàm mục tiêu 88
3.5. Thử nghiệm sản xuất gelatin 91
3.5.1. Đánh giá sơ bộ quá trình ly tâm 92
3.5.2. Đánh giá sơ bộ quá trình lọc 93

v

3.5.3. Đánh giá sơ bộ quá trình sấy 93
3.6. Đánh giá chất lượng sản phẩm 95
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98
4.1. Kết luận 98
4.2. Kiến nghị 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO 100
PHỤ LỤC: SỐ LIỆU KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 105

vi
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 : Khối lượng các phần khác nhau của cá Tra 4
Bảng 1.2: Thành phần chuỗi α của hai loại collagen dùng sản xuất gelatin 7
Bảng 1.3: Sự phân bố acid amin của 3 chuỗi α trong collagen loại I và loại III 7
Bảng 1.4: Thành phần acid amin thu được khi thủy phân 100g mẫu gelatin 12
Bảng 1.5: Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin 14
Bảng 1.6: Tỷ lệ các phân đoạn phân tử trong gelatin có Bloom 250g 15
Bảng 1.7: So sánh thành phần acid amin trong gelatin cá với gelatin động vật 16
Bảng 1.8: So sánh chất lượng dịch trích ly của phương pháp xử lý kiềm với enzyme 29
Bảng 1.9: Kết quả xử lý nguyên liệu bằng các loại enzyme khác nhau 29
Bảng 1.10: So sánh khả năng ứng dụng của gelatin và các phụ gia thay thế gelatin 38
Bảng 1.11: Tóm tắt chức năng của gelatin trong các sản phẩm thực phẩm 39
Bảng 1.12: Loại gelatin dùng trong thực phẩm 40
Bảng 2.1: Thiết bị, dụng cụ sử dụng trong thí nghiệm 44
Bảng 2.2: Bố trí thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm 49
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của da cá Tra 61
Bảng 3.2: Kết quả so sánh hiệu suất và chất lượng giữa ba phương pháp 64
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ lên khả năng trương nở của nguyên
liệu 66
Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý acid lên khả năng trương nở
của nguyên liệu. 67
Bảng 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ acid lên khả năng trương nở của nguyên
liệu 68
Bảng 3.1: Ma trận quy hoạch cấp 1 70

Bảng 3.7: Ma trận quy hoạch cấp 1 mở rộng của hiệu suất 71
Bảng 3.8: Ma trận quy hoạch trực giao cấp 2 của hiệu suất 72
Bảng 3.9: Ma trận quy hoạch cấp 1 mở rộng của độ màu 77
Bảng 3.10: Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 của độ màu 78

vii
Bảng 3.11: Kết quả leo dốc cho hàm mục tiêu hiệu suất 82
Bảng 3.12: Kết quả leo dốc cho hàm mục tiêu độ nhớt 84
Bảng 3.13: Kết quả leo dốc cho hàm mục tiêu độ màu 87
Bảng 3.14: Kết quả leo dốc cho 3 hàm mục tiêu 90
Bảng 3.15: Tổng kết các kết quả thử nghiệm sản xuất gelatin 91
Bảng 3.16: So sánh tính chất của gelatin sấy ở 120
0
C và 150
0
C 94
Bảng 3.17: Kết quả tính toán hiệu suất thu hồi chất khô của quá trình sấy phun 94
Bảng 3.18: Chất lượng gelatin thí nghiệm và 2 loại gelatin thương mại 95
Bảng 4.1: Chất lượng gelatin thí nghiệm 98
Bảng PL1.1: Kết quả phân tích hàm lượng ẩm 105
Bảng PL1.2: Kết quả đo phân tích hàm lượng tro 105
Bảng PL1.3: Kết quả phân tích hàm lượng protein của da cá 106
Bảng PL1.4: Kết quả phân tích hàm lượng lipid 107
Bảng PL2.1: Kết quả trích ly bằng phương pháp enzyme – acid 107
Bảng PL2.2: Kết quả trích ly bằng phương pháp kiềm – acid 108
Bảng PL2.3: Kết quả trích ly bằng phương pháp acid 108
Bảng PL3.1: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid đến khả năng trương nở của
nguyên liệu. 109
Bảng PL3.2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý acid đến khả năng trương nở
của nguyên liệu. 109

Bảng PL3.3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ acid sử dụng đến khả năng trương nở
của nguyên liệu. 109
Bảng PL4.1: Kết quả thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 110
Bảng PL5.1: Kết quả phân tích hàm lượng tro của sản phẩm 111


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen 6
Hình 1.2: Cấu tạo phân tử collagen 6
Hình 1.3: Tỷ lệ thành phần các acid amin cơ bản của gelatin 11
Hình 1.4: Cấu trúc Gly – X – Y thường gặp của gelatin 13
Hình 1.5: Cấu trúc cơ bản của gelatin 13
Hình 1.6 : Cấu trúc không gian của chuỗi xoắn ốc 14
Hình 1.7: Tỷ lệ nguyên liệu dùng để sản xuất gelatin năm 2006 17
Hình 1.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ và nguồn nguyên liệu đến độ nhớt của dung dịch
gelatin 21
Hình 1.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ đến độ nhớt của dung dịch gelatin từ da cá
cod 21
Hình 1.10: Ảnh hưởng của nồng độ đến độ bền gel của các gelatin khác nhau 24
Hình 1.11: Ảnh hưởng thời gian tạo gel đến độ bền gel của các loại gelatin 24
Hình 1.12: Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo gel đến độ bền gel của các loại gelatin 24
Hình 1.13: Ảnh hưởng của pH đến độ bền gel của các loại gelatin khác nhau 25
Hình 1.14: Ảnh hưởng của pH đến lưu lượng dòng permeate, trở lực của màng lọc 33
Hình 1.15: Ảnh hưởng của áp suất lọc đến lưu lượng dòng permeate và tốc độ thu hồi
protein 33
Hình 1.16: Ảnh hưởng của nồng độ dịch lọc đến lưu lượng dòng permeate và tốc độ thu
hồi protein 34

Hình 2.1: Nguyên liệu da cá của công ty AGFISH 43
Hình 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ acid xử lý đến độ trương nở 66
Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian xử lý acid đến độ trương nở 67
Hình 3.3: Ảnh hưởng của ty lệ acid đến khả năng trương nở 68
Hình 3.4 : Dịch gelatin sau trích ly 92
Hình 3.5: Dịch gelatin sau khi ly tâm 93

ix
Hình 3.6 : Dịch gelatin sau khi lọc 93
Hình 3.7: Sản phẩm gelatin sau khi sấy phun 94
Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn lực đâm xuyên mẫu gel tạo từ gelatin sản xuất từ phòng t hí
nghiệm ở nồng độ 6,67%. 96
Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn lực đâm xuyên mẫu gel tạo từ gelatin Đức ở nồng độ 6,67%97
Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn lực đâm xuyên mẫu gel tạo từ gelatin Pháp ở nồng độ 6,67%
97




x
DANH MỤC CÁC CÔNG THỨC

CT 2.1: Công thức tính hàm ẩm 51
CT 2.2: Công thức tính hàm lượng tro tổng 52
CT 2.3: Công thức tính hàm lượng chất béo trong nguyên liệu rắn 52
CT 2.4: Công thức tính hàm lượng chất béo trong nguyên liệu lỏng 53
CT 2.5: Công thức tính hàm lượng nitơ tổng 54
CT 2.6: Công thức tính hệ số điều chỉnh nồng độ NaOH 0,1N 54
CT 2.7: Công thức tính nồng độ NaOH theo tính toán. 54
CT 2.8: Công thức tính hàm lượng protein tổng 54

CT 2.9: Công thức tính độ nhớt 55
CT 2.10: Công thức tính hàm lượng chất khô ban đầu 56
CT 2.11: Công thức tính hàm lượng chất khô sau trích ly 56
CT 2.12: Công thức tính hiệu suất trích ly 56
CT 2.13: Công thức tính hiệu suất thu hồi chất khô của quá trình sấy phun 56
CT 2.14: Công thức chuyển các đại lượng có thứ nguyên sang đại lượng không thứ
nguyên 57
CT 2.15: Công thức tính hệ số phương trình hồi quy cấp 1 57
CT 2.16: Công thức tính hệ số b
j
phương trình hồi quy trực giao cấp 2 58
CT 2.17: Công thức tính hệ số b
ji
phương trình hồi quy trực giao cấp 2 58
CT 2.18: Công thức tính hệ số b
jj
phương trình hồi quy trực giao cấp 2 58
CT 2.19: Công thức tính giá trị trung bình của các yếu tố ở tâm phương án 58
CT 2.20: Công thức tính phương sai tái hiện 58
CT 2.21: Công thức tính phương sai của hệ số b
j
58
CT 2.22: Công thức tính phương sai của hệ số b
ji
59
CT 2.23: Công thức tính phương sai của hệ số b
jj
59
CT 2.24: Công tính hệ số t của b
j

59
CT 2.25: Công tính hệ số t của b
ji
59
CT 2.26: Công tính hệ số t của b
jj
59

xi
CT 2.27: Công thức tính hệ số F 59
CT 2.28: Công thức tính phương sai dư 59
CT 2.29: Công thức tính vectơ gradient 60
CT 2.30: Công thức tính vectơ gradient qua điểm xuất phát 60
CT 2.31: Công thức tính
gradY
60
CT 2.32: Công thức tính giá trị các yếu tố sau k lần leo dốc 60
CT 2.33: Công thức tính giá trị leo dốc của các yếu tố theo hướng dốc nhất 60


1
MỞ ĐẦU

Gelatin là một loại polymer sinh học được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực
phẩm, dược phẩm và công nghệ nhiếp ảnh. Gelatin có nhiều tính chất ưu việt hơn hẳn so
với các loại polymer khác như khả năng tạo gel, tạo đặc, khả năng tăng tính ổn định cho
sản phẩm và đặc biệt là khả năng tan chảy ở nhiệt độ cơ thể. Với các tính chất này đã
giúp nhu cầu sử dụng gelatin ngày càng tăng nhanh. Theo thống kê của GME (Gelatin
Manufacturers Of Europe) năm 2006 đã có 315 000 tấn gelatin được sử dụng và dự báo
lượng gelatin sử dụng sẽ tiếp tục tăng trong những năm tới. Nhu cầu gelatin tăng đòi hỏi

phải có nguồn nguyên liệu lớn, tuy nhiên trong những năm gần đây, bệnh bò điên, bệnh
lở mồm long móng đã làm cho mức tiêu thụ các sản phẩm từ heo và bò giảm. Ngoài ra, vì
vấn đề tôn giáo nên gelatin sản xuất từ heo và bò không được sử dụng ở các nước Ấn Độ
giáo và Hồi giáo. Để mở rộng phạm vi sử dụng và cải thiện độ an toàn cho sản phẩm
gelatin, yêu cầu tìm kiếm nguồn nguyên liệu mới để sản xuất gelatin trở nên cần thiết và
nguồn nguyên liệu mới được chú ý khai thác nhiều nhất là da cá.
Ở nước ta, ngành nuôi trồng và đánh bắt thủy hải sản đang được phát triển mạnh
mẽ cả về chất lượng và số lượng, sản lượng thủy hải sản khai thác không chỉ phục vụ nhu
cầu trong nước mà còn phục vụ cho xuất khẩu. Trong số các thủy hải sản khai thác thì cá
Tra có sản lượng khai thác lớn nhất . Năm 2006, tổng sản lượng khai thác cá Tra ở các
tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long đạt 800 000 tấn và theo dự kiến của Bộ thủy sản đến
2010 tổng sản lượng khai thác của cá Tra sẽ tăng lên 1000 000 tấn. Trong chế biến công
nghiệp, cá Tra thường được chế biến dạng fillet đông lạnh, lượng phế phẩm thải ra chiếm
khoảng 60,69% cá nguyên liệu, trong đó da cá chiếm 5 – 6%. Do đó với sản lượng khai
thác và chế biến lớn, hàng năm lượng phế liệu thải ra rất lớn cung cấp một nguồn nguyên
liệu dồi dào để sản xuất gelatin. Việc sử dụng phế liệu da cá để sản xuất gelatin sẽ giúp
giải quyết được vấn đề phế thải, góp phần tránh gây ô nhiễm môi trường – một vấn đề lớn
của xã hội hiện nay - đồng thời tạo ra sản phẩm có giá trị làm tăng lợi nhuận kinh tế.
Đề tài “ Nghiên cứu tối ưu hóa công nghệ sản xuất gelatin từ da cá Tra” được thực
hiện nhằm cung cấp các thông số công nghệ tối ưu để tăng hiệu suất sản xuất gelatin và
gelatin thành phẩm có chất lượng tốt.
Trong quá trình nghiên cứu, do thời gian và kiến thức của chúng tôi còn hạn chế
nên không tránh khỏi sai sót. Chúng tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của
quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.



Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

3

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. Nguyên liệu da cá
1.1.1. Cá Tra [7,1}
Họ cá Tra (Pangasiidae) là một họ có phân bố tương đối rộng ở khu vực từ Tây
Nam Á đến Đông Nam Á, đây là một họ bao gồm một số loài cá có kích thước tương
đối lớn. Họ cá Tra hiện có 2 giống: Pangasius (gồm 15 loài) và Helicophagus (có 2
loài đã được phát hiện).
Tại miền Nam Việt Nam có 9 loài thuộc giống Pangasius. Trong hệ thống phân
loại, cá Tra được xác đònh vò trí, sắp xếp như sau :
Lớp Cá Pisces
Bộ Cá nheo Siluriformes
Họ Cá Tra Pangasiidae
Giống Cá Tra Pangasius
Loài Cá Tra Pangasius hypophthalmus
Cá Tra là loại cá ăn tạp, thức ăn thích hợp nhất là các loại đạm có nguồn gốc từ
động vật, đặc biệt là các loài cá tạp, nhuyễn thể như ốc, nghêu, hến….Cá Tra rất
khỏe, hoạt động mạnh, có sức đề kháng cao, ít bò bệnh và chết, ít thay đổi do tác dụng
của môi trường.
Hiện nay, cá Tra là đối tượng thủy sản nước ngọt được nuôi chủ lực của các tỉnh
Đồng Bằng Sông Cửu Long, năng suất nuôi đạt tới 300 tấn/ha và là một trong những
nguồn thủy sản có giá trò xuất khẩu lớn nhất nước ta.




Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

4
Bảng 1.1 : Khối lượng các phần khác nhau của cá Tra. [6]
Thành phần (%)
Trọng lượng
cá (g)
Fillet
không da
Da Thòt bụng Mỡ lá Nội tạng Đầu, xương,
vây, đuôi
550 – 700
755 – 845
850 – 950
980 – 1060
1105 – 1310

1356 – 1647

1695 – 1925

1985 – 2450

2570 – 2980

3050 – 3650

39,5
39,3
39,0
38,9
38,7

38,6
37,1
38,0
38,0
38,1
4,4
4,8
4,9
4,9
4,9
5,0
5,1
5,1
5,2
5,5
9,8
9,9
10,1
10,1
10,2
10,4
10,5
10,5
10,9
11,0
1,2
1,3
1,5
2,0
3,1

4,1
4,4
4,9
5,1
5,2
5,1
5,2
5,4
6,0
6,1
6,2
6,2
6,6
6,7
6,7
39,3
38,8
38,3
37,4
36,8
35,3
35,1
34,6
33,6
32,5
Trung bình 38,52 4,98

10,34 3,28 6,02 36,17
1.1.2. Da cá
Da cá rất mỏng gồm 60 – 70% là nước, một ít chất vô cơ, phần còn lại chủ yếu là

protein và chất béo. Da cá gồm 3 lớp: lớp trong, lớp giữa, lớp ngoài. Lớp trong chủ yếu
là lipid và thòt vụn còn sót lại sau quá trình lóc fillet. Lớp giữa do rất nhiều bó sợi cơ
kết thành, có thành phần chủ yếu là collagen. Lớp ngoài có nhiều tuyến tiết chất dính
làm cho mặt ngoài trơn nhớt chứa chủ yếu là các protein tạp, sắc tố và chất khoáng.
Tính chất và hàm lượng của chúng có thể ảnh hưởng rất lớn đến qui trình sản xuất và
chất lượng của gelatin.
Các protein tạp của da cá gồm:
• Albumin: là protein tan được trong nước, dung dòch muối loãng, acid
loãng và kiềm loãng. Albumin bò kết tủa trong dung dòch (NH
4
)
2
SO
4
bão

hòa và
bò đông tụ khi bò đun nóng. Quá trình ngâm nước nguyên liệu sẽ loại được phần
lớn protein này.
Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

5
• Globulin: là protein không tan trong nước nhưng tan được trong dung
dòch acid loãng, kiềm loãng và dung dòch muối trung tính (8 – 18% NaCl). Dễ
đông tụ hơn albumin khi bò đun nóng.
• Keratin: là protein tạo chất sừng chủ yếu trong lớp sừng của động vật.
Thành phần hóa học của keratin không giống nhau. Trong mạch phân tử của
keratin ngoài liên kết ion và liên kết hydro còn có liên kết disulfit. Các liên kết
disulfit bò thủy phân trong kiềm nhưng không bò acid thủy phân nên keratin bò
phá hủy trong môi trường kiềm và tương đối ổn đònh trong môi trường acid.

• Elastin: là protein có màu vàng, các sợi elastin có tính co giãn và có thể
kéo giãn khoảng 5%, không tan trong nước, tương đối ổn đònh trong môi trường
kiềm và acid, bò phân giải bởi enzyme elastase.
• Mucin và mucoid: protein trong niêm dòch, có thể hòa tan trong dung
dòch kiềm loãng. Trong dung dòch acid loãng, mucin bò kết tủa còn mucoid thì
không. Trong nước chúng đều nở ra và hòa tan trong dung dòch muối loãng
nhưng không tan trong trong dung dòch muối bão hòa.
Các thành phần tạp khác của da cá:
• Lipid: là thành phần dễ bò oxi hóa nên ảnh hưởng không tốt đến chất
chất lượng của gelatin. Do đó cần phải rửa nhiều lần với nước để loại lipid
trước trích ly.
• Khoáng: thành phần này cũng có ảnh hưởng xấu đến chất lượng của
gelatin. Thành phần khoáng trong da cá chủ yếu là phosphate calci (Ca
3
(PO
4
)
2
)
và carbonat calci (CaCO
3
). Để loại khoáng, cần ngâm acid (thường dùng HCl)
trước trích ly.
• Sắc tố: ít tan trong nước và acid loãng, có thể tan trong dung dòch kiềm
loãng (như dung dòch KOH, NaOH…).
1.2. Collagen
Collagen là protein có nhiều trong da và xương động vật. Trong cơ thể người và
đa số các loài động vật, collagen chiếm 30% lượng protein. Collagen không có tính
đàn hồi nên có tác dụng bảo vệ cơ thể chống lại sự kéo căng. Collagen đã được
nghiên cứu và được ứng dụng trong nhiều lónh vực như: thực phẩm, y học, dược

phẩm, keo dán, phim ảnh…
Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

6
1.2.1. Cấu tạo :[21, 35, 43, 48, 55, 67, 75]
Phân tử collagen có cấu tạo xoắn ốc bậc ba với sự lặp lại của chuỗi (Gly – X –
Y). Trong đó, X là proline còn Y là hydroxyproline. Cấu tạo của collagen rất khác biệt
với bất cứ protein nào được biết tới, nét nổi bật nhất là trong thành phần collagen có
chứa một lượng lớn glycine 33%, proline và hydroxyproline 22%, một lượng nhỏ
hydroxylysine 1% (Eastoe, 1967).
Đơn vò cơ bản của collagen là tropocollagen, gồm 3 chuỗi α liên kết nhau tạo
thành những sợi nhỏ. Mỗi phân tử tropocollagen dài 300 nm, dày 1,5 nm và có khối
lượng phân tử 300 000 dalton. Các phân tử tropocollagen sẽ liên kết ngang với nhau
bằng liên kết cộng hóa trò. 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 1.2: Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen [75]

Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

7
Hình 1.3: Cấu tạo phân tử collagen [67]
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. Hiện nay có khoảng 27 loại collagen được
xác đònh. Mỗi loại có trật tự thống nhất về acid amin trong chuỗi polypeptide ban đầu
và đi kèm với những phân tử carbonhydrate khác nhau.
Trong các loại collagen được tìm thấy thì collagen loại I và III là nguồn nguyên
liệu phổ biến sản xuất gelatin thương mại. Trong cơ thể người và động vật có đến 90%
collagen là collagen loại I, II, III. Collagen loại I là phổ biến nhất và thường ở trong
các mô liên kết như da, xương, gân. Collagen loại II hầu như tồn tại ở các mô sụn.
Collagen loại III lại phụ thuộc rất lớn vào độ tuổi của động vật, da heo còn trẻ chứa
tới 50%, theo thời gian tỷ lệ này giảm 5-10%.
Bảng 1.2: Thành phần chuỗi α của hai loại collagen dùng sản xuất gelatin [43]
Loại Thành phần chuỗi phân tử Phân bố
I
III
{2[α 1(I)],[α 2(I)]}
3[α 1(III)]
Da, xương, sụn…
Da (không có trong xương)
Sự phân bố thành phần acid amin trong các chuỗi α khác nhau sẽ tạo ra gelatin
có những tính chất khác nhau.
Bảng 1.3: Sự phân bố acid amin của 3 chuỗi α trong collagen loại I và loại III [43]
Thành phần Thành phần theo tỉ lệ/1000
α1 (loạiI) α2 (loạiI) α1 (loạiIII)
3– hydroxyproline

4– hydroxyproline
Proline
Lysine
Hydroxylysine
Glycine
Cysteine
Serine
1
108
124
26
9
333
0
34
2
93
113
18
12
338
0
30
0
125
107
30
5
350
2

39
Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

8
Alanine
Histidine
Valine
Methionine
Isoleucine
Leucine
Arginine
Phenylalanine
Aspartic acid
Threonine
Glutamic acid
Tyrosine
115
3
21
7
6
19
50
12
42
16
73
1
102
12

35
5
14
30
50
12
44
19
68
4
96
6
14
8
13
22
46
8
42
13
71
3
1.2.2. Tính chất collagen [11, 43]
1.2.2.1. Phản ứng với acid và kiềm
Trên mạch collagen có các gốc amin và carboxyl nên collagen có tính chất lưỡng
tính, có thể tác dụng với acid lẫn kiềm.
Trong môi trường acid, các ion của acid sẽ tác dụng với các 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
-
NH
3
+
…Cl
-

COOH
COOH NH
3
+
…Cl
-

NH
3
+
…Cl

-

COOH COOH NH
3
+
…Cl
-

Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

9





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.
Dưới tác dụng của các acid và kiềm đủ mạnh sẽ làm cho collagen bò biến đổi,
đây là một biến đổi quan trọng trong quá trình chuyển hóa collagen thành gelatin. Khi
đó acid và kiềm sẽ cắt đứt các liên kết giữa – NH
3
+
COO

-
làm đứt mạch peptide trong
mạch chính, phá vỡ các liên kết hydro giữa các gốc – CO…NH – của mạch xung
quanh, phân hủy acid amin trong mạch giải phóng ammoniac. Khi cấu trúc collagen bò
biến đổi thì pI của collagen hạ xuống thấp.
Tác dụng thủy phân của acid và kiềm tăng khi nhiệt độ môi trường tăng. Mức độ
thủy phân của acid và kiềm đối với collagen được đánh giá thông qua độ bền gel của
gelatin - sản phẩm thủy phân của collagen.
Do đó 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 thành phẩm.
1.2.2.2. Phản ứng với nước
Collagen không hòa tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ 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. Khi tác dụng với nước, độ dày của mạch sẽ tăng
lên 25% và 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 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
COO
-
…Na
+

NH
2

COO
-
…Na
+

NH
2
NH
2
COO
-
…Na
+

NH
2
COO
-
…Na
+

Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

10
đối cao. Khi nguyên liệu đã khử hết chất khoáng, thì nhiệt độ phân giải sẽ giảm
xuống.
1.3. Gelatin [62, 63]
1.3.1. Lòch sử phát triển của ngành sản xuất gelatin
Thuật ngữ gelatin có nguồn gốc từ Latin là từ “gelatus”, nghóa là màng hay chất
làm đông. Theo các nghiên cứu cho thấy, từ hơn 2000 năm trước đây con người đã biết

sử dụng mô liên kết và các sản phẩm của nó trong chế biến thực phẩm để tạo ra các
sản phẩm dạng gel.
Năm 1962, một người Pháp tên là Papin đã tạo ra được một hỗn hợp giống gelly
từ xương.
Năm 1700, thuật ngữ gelatin được sử dụng phổ biến. Đến năm 1754, bài báo đầu
tiên trong lónh vực chất dính được đăng tải ở Anh về việc sản xuất chất hồ dán tự
nhiên với thành phần cơ bản là gelatin và một vài chất khác của một thợ làm đồ gỗ.
Năm 1850, công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện ở Mỹ với nguồn nguyên liệu
chính lúc này là da chưa thuộc và xương từ heo và bò. Sau đó, nhiều nghiên cứu về
gelatin được tiến hành đã làm tăng thêm các ứng dụng và ổn đònh tính chất của
gelatin.
Năm 1930, ngành sản xuất gelatin ở Châu Âu mới bắt đầu, nhưng sau đó không
lâu Châu Âu lại trở thành khu vực sản xuất gelatin quan trọng nhất thế giới.
Năm1973, WHO đã đưa ra tiêu chuẩn nhận biết và độ tinh sạch của gelatin thực
phẩm và xem gelatin như một loại thực phẩm chứ không phải là phụ gia.
Năm 1974, công nghiệp sản xuất gelatin phát triển vô cùng lớn mạnh dẫn đến
yêu cầu thành lập “Hiệp hội gelatin của Châu Âu” (GME) để đại diện cho quyền lợi
của các nhà sản xuất cũng như người tiêu dùng gelatin.
Tuy nhiên, gelatin sản xuất từ da heo không được chấp nhận ở các nước Hồi
giáo, trong khi đó các nước Ấn Độ giáo thì gelatin sản xuất từ bò chỉ được chấp nhận
khi đã được làm theo những đòi hỏi của tôn giáo này. Ngoài ra, dòch bệnh bò điên đã
làm sự tiêu thụ thòt bò giảm do đó nguồn nguyên liệu sản xuất gelatin từ bò trở giảm đi
một cách đáng kể. Vì những lí do trên, gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú gặp
nhiều khó khăn dù gelatin có chất lượng tốt. Trong thời kỳ này, xu hướng tìm kiếm
nguồn nguyên liệu mới để sản xuất trở nên cấp bách và nguồn nguyên liệu mới được
Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

11
chú ý khai thác nhiều nhất là phế liệu cá. Đối với ngành chế biến cá, sau khi lóc fillet,
lượng phế thải chiếm 75% tổng khối lượng cá và 30% trong số đó là da và xương. Da

và xương cá có chứa nhiều collagen, có thể đem sản xuất gelatin, từ đó giải quyết
được vấn đề phế thải và đồng thời tạo ra sản phẩm có giá trò.
Trong những năm gần đây đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về gelatin da cá và so
sánh gelatin da cá với gelatin từ nguồn nguyên liệu truyền thống. Tuy nhiên, các
nghiên cứu trên chỉ là các nghiên cứu ban đầu trong quá trình trích ly gelatin từ các
loại khác nhau cũng như những ứng dụng của chúng trong thực phẩm.
1.3.2. Đònh nghóa gelatin
Hiện nay có nhiều đònh nghóa khác nhau về gelatin:
Năm 1967, Ramachandran đònh nghóa gelatin là một polypeptide có khối lượng
phân tử lớn có nguồn gốc từ collagen - một thành phần protein chính của mô liên kết -
có nhiều trong xương, da và nội tạng.
Năm 1987, Rose đònh nghóa gelatin là từ để chỉ những hợp chất protein có nguồn
gốc từ collagen.
Năm 1998, Bailey và Paul đònh nghóa gelatin về căn bản là protein tinh sạch
dùng trong thực phẩm được thu nhận từ collagen đã bò thoái hóa do nhiệt, có cấu trúc
như protein động vật.
Năm 1990, tổ chức Y khoa của Mỹ (USP – United States Pharmacopeia) đònh
nghóa gelatin là một sản phẩm của quá trình phân giải collagen có nguồn gốc từ da,
xương của động vật.
1.3.3. Cấu tạo của gelatin
1.3.3.1. Thành phần hóa học [63, 62]
Thành phần hóa học cơ bản của gelatin bao gồm: 85 – 90% protein, 0,5 – 2%
muối khoáng, 8 – 13% nước.
Gelatin có chứa gần đầy đủ các acid amin, ngoại trừ tryptophan và cysteine,
cystine đôi khi chỉ tìm thấy ở dạng vết.



Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

12




Hình 1.4: Tỉ lệ thành phần các acid amin cơ bản của gelatin [62]
Trong gelatin không chứa cholesterol và purines. Gelatin chứa nhiều glycine và
proline, hàm lượng của 2 acid amin này trong gelatin cao gấp 10 -20 lần so với các
protein khác. Hai acid amin này có vai trò quan trọng trong việc hình thành nên các tế
bào ở mô liên kết.
Gelatin là một protein không hoàn hảo (gelatin có chứa 9 trong số 10 acid amin
cần thiết cho cơ thể), gelatin có chứa nhiều acid amin không cần thiết như glycine và
proline (hai acid amin này có thể được cơ thể tổng hợp) nhưng lại thiếu các acid amin
cần thiết như tryptophan. Do đó, gelatin có giá trò dinh dưỡng thấp hơn so với protein
sữa và trứng.
Tỉ lệ giữa các acid amin trong gelatin có thể thay đổi, tỉ lệ này phụ thuộc vào
nguồng nguyên liệu và phương pháp sản xuất.
Bảng 1.4: 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
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
Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Trần Bích Lam

13
Proline
Hydroxyproline
Methionine
Cysteine
Cystine
Lysine
Arginine
Histidine
Acid aspartic
Acid glutamic
Hydroxylysine
15 – 18
13 – 15
0,7 – 1
-
vết
4 – 5
8 – 9

0,7 – 1
6 – 7
11 – 12
0,8 – 1,2
1.3.3.2. Cấu trúc phân tử gelatin
Cấu trúc phân tử gelatin gồm có 18 amino acid khác nhau liên kết với nhau theo
một trật tự xác đònh, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide có khoảng 1000 acid amin,
hình thành nên cấu trúc bậc 1. Các chuỗi peptide có chiều dài khác nhau phụ thuộc
nguồn nguyên liệu và phương pháp sản xuất. Mỗi chuỗi có một đầu là nhóm amino,
còn một đầu là nhóm carboxyl.
Gelatin có cấu trúc thường gặp là Gly – X – Y (với X chủ yếu là nhóm proline
còn Y chủ yếu là nhóm hydroxyproline).