Nghiên cứu làm sạch tạp chất phi Collagen trong quy trình sản xuất Collagen từ da cá tra bằng môi trường nước mát và Acid Citric

i

LỜI CẢM ƠN
Đề tài này được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ tận tình của nhiều thầy cô giáo,
bạn bè và gia đình. Qua đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến tấc
cả tập thể và cá nhân đã giúp đỡ em trong thời gian học tập và thực hiện đề tài.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS. Nguyễn Anh Tuấn, người đã
trực tiếp hướng dẫn tận tình, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và luôn động
viên em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Chế Biến và đặc biệt là
thầy Nguyễn Thế Hân đã kịp thời chỉ bảo và cung cấp cho em những kinh
nghiệm cùng kiến thức trong suốt thời gian học tập ở trường và quá trình thực
hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn Cán bộ phòng hóa sinh, phòng công nghệ chế
biến đã tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian thực tập ở phòng thí nghiệm.
Cuối cùng con xin cảm ơn gia đình đã luôn luôn động viên và tạo mọi điều
kiện tốt về vật chất để cho con thực hiện đề tài này. Bên cạnh đó là sự động viên
và giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè trong suốt thời gian thực tập.
Nha trang, tháng 6 năm 2010
Sinh viên
Nguyễn Khoa Diệu Dung
ii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Một số loài cá Tra ở Việt Nam 4
Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cá Tra 8
Bảng 1.3: Tỉ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra 9
Bảng1.4 : Dạng cấu trúc phân tử của một số loại collagen 14
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của da cá Tra trước và sau khi xử lý cơ học 37
Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm công đoạn xử lý acid citric
cho da cá Tra 45

Bảng 3.3: Kết quả tối ưu hiệu suất khử khoáng trong công đoạn xử lý acid citric
46
Bảng 3.4: Kết quả tối ưu hiệu suất khử protein trong công đoạn xử lý acid citric
48

















iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Hình 1.1: Hình ảnh trạng thái bên ngoài của cá Tra 7
Hình 1.2: Cấu trúc của collagen 13
Hình 1.3: Dự kiến quy trình công nghệ sản xuất collagen từ da cá Tra 24
Hình 2.1: Nguyên liệu da cá Tra 26
Hình 3.1: Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước lên hiệu quả xử lý da cá Tra 38

Hình 3.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ nước ngâm lên hiệu quả xử lý da cá Tra 39
Hình 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ acid citric lên hiệu quả xử lý da cá Tra 40
Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian ngâm acid citric lên hiệu quả xử lý da cá Tra
43
Hình 3.5: So sánh kết quả khử tạp chất phi collagen bằng phương pháp xử lý cơ
học, bằng môi trường nước mát và dung dịch acid citric 44
Hình 3.6: Hiệu suất khử khoáng khi xử lý da cá Tra bằng acid citric 47
Hình 3.7: Hiệu suất khử protein khi xử lý da cá Tra bằng acid citric 49
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ quy trình công nghệ làm sạch tạp chất phi collagen trong quy
trình sản xuất collagen từ da cá Tra bằng dung dịch acid citric 50
iv

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I 3
TỔNG QUAN 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁ TRA VÀ DA CÁ TRA 3
1.1.1. Phân bố và phân loại 3
1.1.2. Đặc điểm vụ mùa thu hoạch và quy mô nuôi trồng 5
1.1.3. Hình thái bên ngoài, đặc điểm cấu tạo 7
1.1.4. Thành phần hóa học của cá Tra 8
1.1.5. Thị trường xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam 9
1.1.6. Đánh giá về phế liệu cá Tra 11
1.2. TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT COLLAGEN TỪ DA
CÁ TRA
12
1.2.1. Khái niệm và phân loại collagen 12
1.2.2. Thành phần, cấu trúc, tính chất và ứng dụng của collagen 12
1.2.2.1. Thành phần và cấu trúc của collagen 12
1.2.2.2. Tính chất của collagen 15

1.2.2.3. Các nghiên cứu trong và ngoài nước 18
1.2.2.4. Ứng dụng của collagen 20
1.2.3. Nguyên liệu sản xuất collagen 23
1.2.4. Dự kiến quy trình công nghệ sản xuất collagen 24
CHƯƠNG II 26
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 26
2.1.1. Nguyên liệu 26
2.1.2. Hóa chất và thiết bị sử dụng 26
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28
2.2.1. Phương pháp thu và xử lý mẫu 28
2.2.2. Phương pháp phân tích 28
v

2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu 30
2.2.4. Phương pháp tối ưu các thông số kỹ thuật 30
2.3. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM …31
2.3.1. Sơ đồ quy trình nghiên cứu 31
2.3.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ xử lý nước để khử các tạp chất phi
collagen 32
2.3.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ xử lý acid để khử các tạp chất phi
collagen 34
CHƯƠNG III 37
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37
3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA DA CÁ TRA TRƯỚC VÀ
SAU KHI XỬ LÝ CƠ HỌC
37
3.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ NGÂM NƯỚC LÊN HIỆU
QUẢ KHỬ TẠP CHẤT PHI COLLAGEN CHO DA CÁ TRA 38
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước lên hiệu quả xử lý da cá Tra 38

3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước ngâm lên hiệu quả xử lý da cá Tra 39
3.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ ACID CITRIC LÊN
HIỆU QUẢ KHỬ TẠP CHẤT PHI COLLAGEN CHO DA CÁ TRA 40
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ acid citric lên hiệu quả xử lý da cá Tra 40
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm acid citric lên hiệu quả xử lý da cá Tra 42
3.4. KẾT QUẢ SO SÁNH HIỆU QUẢ KHỬ TẠP CHẤT PHI COLLAGEN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ HỌC, BẰNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MÁT
VÀ DUNG DỊCH ACID CITRIC 44
3.5. KẾT QUẢ QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ ACID
CITRIC CHO DA CÁ TRA 45
3.5.1. Tối ưu hiệu suất khử khoáng 46
3.5.2. Tối ưu hiệu suất khử protein 48
vi

3.6. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH TẠP CHẤT PHI COLLAGEN
TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT COLLAGEN TỪ DA CÁ TRA BẰNG DUNG DỊCH
ACID CITRIC 49
KẾT LUẬN VÀ Ý KIẾN ĐỀ XUẤT 52
I. KẾT LUẬN 52
II. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53
PHỤ LỤC

vii

viii






1

MỞ ĐẦU
Hiện nay, ngành thủy sản là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của đất
nước. Gíá trị xuất khẩu của các mặt hàng thuỷ sản chiếm tỉ lệ ngày càng cao
trong tỉ trọng xuất khẩu. Nguồn lợi thủy sản Việt Nam phong phú không chỉ do
khai thác mà còn do nuôi trồng. Khu vực đồng bằng sông Cửu Long với hệ thống
sông ngòi dày đặc cùng với khi hậu nhiệt đới là điều kiện thuận lợi cho việc nuôi
trồng thủy sản. Xu thế hiện nay là phát triển mạnh nguồn lợi thủy sản do nuôi
trồng và giảm dần nguồn lợi do khai thác.
Cá Tra hiện nay được coi là một trong những đối tượng nuôi chủ yếu ở đồng
bằng sông Cửu Long bên cạnh đối tượng tôm sú. Việc nuôi cá Tra đã đem lại thu
nhập lớn cho nhiều hộ nông dân ở khu vực này và đóng góp không nhỏ vào việc
phát triển kinh tế các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Sản lượng nuôi cá Tra ngày
càng tăng, thúc đẩy ngành chế biến thủy sản ở các tỉnh này phát triển rất mạnh,
thu được nguồn lợi nhuận cao do xuất khẩu các mặt hàng chế biến từ cá Tra.
Theo ước tính của Hiệp Hội Chế Biến và Xuất Khẩu Thủy Sản Việt Nam
(VASEP) (2006), nếu sản lượng nguyên liệu đạt 1 triệu tấn thì các nhà máy chế
biến thủy sản sẽ loại bỏ ra hơn 600.000 tấn phế liệu cá Tra. Do đó việc gia tăng
giá trị sử dụng nguồn phế liệu này trở thành một yêu cầu bức thiết nhằm tăng
hiệu quả sử dụng nguồn nguyên liệu cá Tra và giảm thiểu những tác động xấu
của lượng phế liệu này lên môi trường. Da cá là một trong những loại nguyên
liệu chiếm tỉ trọng khá cao, khoảng 4,8  5,1%. Nếu như mỗi ngày các doanh

nghiệp chế biến các sản phẩm cá Tra ở Việt Nam tiêu thụ khoảng 4.000 tấn
nguyên liệu thì cũng đồng nghĩa với việc họ loại ra khoảng 192  204 tấn da cá
Tra. Cho đến nay, hình thức xử lý lượng da cá này chỉ dừng lại ở việc một phần
rất nhỏ đem đi chế biến thành thực phẩm như bánh phồng, da cá tẩm gia vị, một
phần nhỏ lẻ khác sản xuất gelatin, còn hầu hết một lượng lớn da cá này được xuất
khẩu đông lạnh với giá thành rất rẻ khoảng gần 6000 VNĐ/kg.18
2

Để sử dụng có hiệu quả hơn nguồn phế liệu dồi dào này, việc nghiên cứu công
nghệ sản xuất collagen (một chất có rất nhiều ứng dụng trong y học, dược phẩm
và thực phẩm) từ da cá Tra là rất cần thiết.
Trong quy trình sản xuất collagen có các công đoạn chính như: xử lý cơ học,
khử tạp chất phi colllagen, chiết, kết tủa, sấy. Trong đó công đoạn khử tạp chất
phi collagen là bước cơ bản và quan trọng nhất. Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu
làm sạch tạp chất phi collagen trong quy trình sản xuất collagen từ da cá
Tra bằng môi trường nước mát và dung dịch acid citric” góp phần nâng cao
hiệu quả sử dụng phế phẩm từ da cá Tra nhờ tạo ra sản phẩm collagen có giá trị
cao hơn hẳn da cá Tra thô đông lạnh là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn.
.Mục tiêu của đề tài
Nhằm tìm ra chế độ phù hợp để làm sạch tạp chất phi collagen (protein phi
collagen, khoáng, lipid, sắc tố) trong quy trình sản xuất collagen từ da cá Tra, sử
dụng phương pháp hóa học (môi trường nước mát, acid hữu cơ).
 Ý nghĩa khoa học
 Cung cấp các thông tin (loại hóa chất sử dụng, chế độ xử lý tương ứng)
kèm theo quy trình làm tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu, giáo
viên, sinh viên…
 Chế độ xử lý tách tạp chất phi collagen phù hợp sẽ góp phần nâng cao
chất lượng collagen để có thể sử dụng trong y học, dược phẩm và thực
phẩm.

 Ý nghĩa thực tiễn
 Gia tăng giá trị sử dụng nguồn phế liệu từ cá Tra và giảm thiểu những tác
động xấu của lượng phế liệu này lên môi trường nhằm giữ gìn môi trường
sống của cộng đồng.



3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
1.1 . Tổng quan về cá Tra và da cá Tra
1.1.1. Phân bố và phân loại
Phân bố
Cá Tra (pangasius hypophthalmus) phân bố ở một số nước Đông Nam Á
như Campuchia, Thái Lan, Indonexia và Việt Nam. Đây là một trong những loài
cá nuôi quan trọng có giá trị kinh tế cao. Cá Tra được nuôi phổ biến ở các nước
Ðông Nam Á, là một trong 6 loài cá nuôi quan trọng nhất khu vực này. Bốn nước
trong hạ lưu sông Mê Kông đã có nghề nuôi cá Tra truyền thống là Thái Lan,
Campuchia, Lào và Việt Nam do có nguồn cá Tra tự nhiên phong phú.3, 16
Ở Việt Nam hiện nay, nuôi cá Tra đã phát triển ở nhiều địa phương, không
chỉ ở Nam Bộ mà một số nơi ở miền Trung và miền Bắc cũng bắt đầu quan tâm
nuôi các đối tượng cá nước ngọt này. Nuôi thương phẩm thâm canh cho năng
suất rất cao, cá Tra nuôi trong ao đạt tới 200  300 tấn/ha, cá Tra nuôi trong bè
có thể đạt tới 100  300kg/m
3
bè. Ðồng bằng sông Cửu long (ĐBSCL) và các
tỉnh Nam Bộ mỗi năm cho sản lượng cá Tra nuôi hàng trăm ngàn tấn. ÐBSCL có
hơn 50% số tỉnh nuôi cá bè, nhưng tập trung nhất là hai tỉnh An Giang và Ðồng
Tháp với hơn 60% số bè nuôi và có năm đã chiếm tới 76% sản lượng nuôi cá bè

của toàn vùng. 18
Mặc dù điều kiện nuôi cá Tra ở miền Trung và miền Bắc không thuận lợi
như ở đồng bằng sông Cửu Long nhưng người ta đã bắt đầu nuôi thử nghiệm từ 7
năm trở lại đây và thu được một số kết quả nhất định. Điển hình như ở Hà Tây đã
có mô hình nuôi cá Tra đạt 80 tấn/ha, hay ở Nghệ An có mô hình nuôi đạt sản
lượng 150 tấn/ha. 18 Do vậy, việc mở rộng nuôi cá Tra ở những khu vực này là
khả thi.



4

Phân loại
Cá Tra thuộc: Giới (kingdom): Animalia
Ngành (phylum): Chordata
Phân ngành (subphylum): Vertegrata
Lớp (class): Actinopterygii
Phân lớp (subclass): Neopterygii
Siêu bộ (superordo): Ostariophysi
Bộ (ordo): Siluiformes
Họ (famillia): Pangasiidae
Các chi: Helicophagus và Pangasius.3
Cá Tra nuôi ở Việt Nam có thể phân loại như sau:
Cá Tra thuộc lớp cá Lưỡng Tiêm (Pisces)
Bộ cá Nheo: Silurifomes
Họ cá Tra: Pangasiidae
Giống cá Tra: Pangasius
Loài cá Tra: P.hypophthalmus
Một số loài cá Tra ở Việt Nam
Bảng 1.1: Một số loài cá Tra ở Việt Nam (Mai Đình Yến và các cộng tác

viên, 1992)
STT Tên khoa học Tên thường
1 Pangasius hypophthalmus Cá Tra
2 Pangasius bocourti Cá Basa
3 Pangasius macronema Cá Tra nâu
4 Pangasius larnaudii Cá Vồ đém
5 Pangasius nasutus Cá Hú
6 Pangasius sutchi Cá Tra nghệ
7 Pangasius taeniurus Cá Bông lau
8 Pangasius poliranodon Cá Dứa
9 Pangasius siamensis Cá Sát Siêm
5

1.1.2. Đặc điểm vụ mùa thu hoạch và quy mô nuôi trồng 3
Thời điểm thu hoạch cá Tra là quanh năm, thông thường một vụ nuôi kéo
dài khoảng 6  8 tháng, nếu thả cá nhỏ thì thời gian thu hoạch dài hơn (khoảng
10  12 tháng), hình thức nuôi thâm canh, bán thâm canh với các mô hình nuôi
bè, nuôi trong ao hầm.
Các hình thức nuôi cá Tra
 Giới thiệu cá Tra nuôi bè
Khu vực đồng bằng sông Cửu Long có thể nuôi bè quanh năm đặc biệt là sông
Tiền, sông Hậu và một số kênh rạch lớn có thể đặt bè nuôi cá Tra.
Nơi đặt bè nuôi cá phải có nguồn nước ngọt sạch dồi dào quanh năm. Độ sâu của
sông neo bè phải sâu hơn bè khi nước thấp nhất ít nhất là 0.5m, có dòng nước
chảy thẳng lưu, tốc độ của nước 0.2  0.5m/s.
Thu hoạch
Sau thời gian nuôi 78 tháng khi cá đã đạt chất lượng thương phẩm và tùy theo
yêu cầu của khách hàng mà có thể tiến hành thu hoạch cá nuôi. Nên thu hoạch
trong thời gian ngắn để tránh hao hụt và thất thoát làm giảm năng suất bè nuôi.
Ưu điểm

Tốn ít diện tích nuôi, cá phát triển nhanh, có thể nuôi kết hợp cùng một số loại
cá khác nó làm sạch bè nuôi, thời gian thâm canh ngắn, nhanh thu hồi vốn, dễ
dàng đánh bắt vận chuyển cá, cá có cơ thịt chắc hơn, màu đẹp nếu qúa trình nuôi
đúng kỹ thuật.
Nhược điểm
Do bè nuôi cá đặt trên sông nếu chọn vị trí đặt bè nuôi không thích hợp, cá
chậm lớn, dễ bị nhiễm thuổc trừ sâu, thuốc kháng sinh, cá dễ nhiễm bệnh của các
bè xung quanh. Cá nuôi bè trong thời gian nuôi ngắn, cá ít vận động nên lượng
mỡ nhiều.



6

Giới thiệu cá Tra nuôi hầm
Yêu cầu kỹ thuật đối với ao nuôi: ao nuôi có diện tích từ 500m
2
trở lên, độ
sâu nước khoảng 2  3m. Có cống để chủ động cấp thoát nước dễ dàng, môi
trường nước ao trong quá trình nuôi vỗ phải đảm bảo các chỉ tiêu sau:
 Nhiệt độ nước ao nuôi từ 26  30C
 pH 7  8
 Hàm lượng oxy hòa tan lớn hơn 2mg/l
 Chất lượng nguồn nước cấp cho ao phải sạch, không bị ô nhiễm.
Thu hoạch
Sau thời gian nuôi từ 8  10 tháng khi cá đã đạt chất lượng thương phẩm và tùy
theo yêu cầu của khách hàng mà có thể tiến hành thu hoạch toàn bộ cá nuôi.
Ưu điểm
Ao nuôi có thể chủ động được nguồn nước nên có thể phòng bệnh cho cá và sự
lây nhiễm kháng sinh, thuốc trừ sâu từ môi trường bên ngoài, sản lượng cá nuôi

lớn.
Nhược điểm
Chi phí ban đầu lớn, thời gian nuôi lâu, nếu chăm sóc cá không tốt thì màu cơ
thịt cá xấu dẫn đến giảm giá thành, thiệt hại kinh tế.
 Giới thiệu cá Tra nuôi quầng
Địa điểm đặt quầng phải có nguồn nước sạch quanh năm trong suốt thời gian
nuôi cá Tra, mức nước sâu trung bình là 2m. Quầng nuôi thường tận dụng vùng
đất bãi bồi của các sông, đặc biệt là sông Tiền và sông Hậu.
Ưu điểm
Chi phí ban đầu ít, thời gian nuôi ngắn, nhanh thu hồi vốn, cá lớn nhanh.
Nhược điểm
Do không điều chỉnh được nguồn nước nên cá vẫn có thể bị nhiễm bệnh thậm
chí cả thuốc trừ sâu và chất kháng sinh. Chỉ thích hợp với việc thả con giống lớn.


7

1.1.3. Hình thái bên ngoài, đặc điểm cấu tạo 3
Cá Tra có thân dài, không vẩy, màu sắc đen xám, bụng hơi bạc, miệng rộng
và có đôi râu dài, vây ngực và vây bụng có một tia vây cứng.
Cá có xương hàm trên thường là thoái hóa, chỉ còn lại dấu vết có tác dụng
làm chỗ dựa cho râu hàm.
Không có xương liên kết, xương nắp mang dưới và xương đỉnh. Các đốt sống
thứ 2 và thứ 4 liền nhau. Thân tương đối dài, đuôi dạng đuôi chẻ.
Miệng ở phía mõm, răng nhọn, trên hai hàm xương lá mía và xương vòm
miệng mọc thành từng dãy ghép liền có dạng hình cung. Có hai đôi râu nhỏ.
Màng nắp mang không liền hẳn với ức.
Mỗi bên đầu có hai lỗ mũi cách xa nhau. Mắt tròn ở bên đầu, có viền mắt
tách rời. Vây lưng có gai, viền sau gai có răng cưa nhỏ. Vây hậu môn rất dài có
20  30 tia vây. Vây ngực có 1 gai cứng, vây bụng có thêm một gai mềm.

Cá Tra có số lượng hồng cầu trong máu nhiều hơn các loài cá khác. Có cơ
quan hô hấp phụ và còn có thể hô hấp bằng bong 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.

Hình 1.1: Hình ảnh trạng thái bên ngoài của cá Tra



8

1.1.4. Thành phần hóa học của cá Tra
Thành phần hóa học của thịt cá Tra bao gồm: nước, protein, lipid, glucid,
khoáng chất, vitamin, enzym, hoocmon. 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 khác nhau thì thành phần hóa học cũng khác nhau. Tùy thuộc
vào độ tuổi, môi trường, mùa vụ mà thành phần hóa học của cá Tra cũng khác
nhau. Sự khác nhau về thành phần hóa học của cá Tra làm ảnh hưởng đến cách
chế biến, giá trị dinh dưỡng và mùi vị của sản phẩm.
Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cá Tra [17]

Tỉ lệ các thành phần khối lượng của cá Tra phụ thuộc vào trọng lượng cá khi thu
hoạch và hình thức nuôi. Việc nghiên cứu tỉ lệ khối lượng của thành phần chính
so với các thành phần phụ trong sản phẩm thủy sản cũng được các nhà khoa học
quan tâm. Bảng 1.3 thể hiện sự so sánh tỉ lệ khối lượng của phần fillet bỏ da
(thành phần chính) so với da, thịt, mỡ lá, nội tạng, đầu + xương + vây + đuôi
(thành phần phụ) trong cá Tra khi nuôi bè hoặc trong ao nuôi. [trang bên]
Từ số liệu thể hiện ở bảng 1.3 cho thấy miếng cá fillet thu được chỉ chiếm
khoảng 1/3 khối lượng cá. Phần còn lại là phế phẩm, lượng phế phẩm này rất lớn.
Vấn đề đặt ra là phải tìm các biện pháp để tận dụng nguồn phế phẩm này. Việc

nghiên cứu để sản xuất ra những sản phẩm giá trị gia tăng là nhằm nâng cao hiệu
quả sản xuất và giảm thiểu tác động cũng như việc xử lý chất thải là rất cần thiết.
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)
124,52 23,42 3,42 1,78 0,025 70,6
9


Bảng1.3: Tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra

23


Trọng lượng cá
Tra nguyên con
(g/con)
Tỷ lệ thành phần khối lượng (%)
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

Hiện nay đã có những nghiên cứu để tận dụng phế liệu như sau:
 Sản xuất bột cá từ xương cá
 Sản xuất dầu y học từ gan cá
 Sản xuất gelatin từ da cá, xương cá
 Sản xuất dầu cá, magarin từ mỡ bụng, mỡ lá
 Sản xuất enzym từ nội tạng
1.1.5. Thị trường xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam
Về xuất khẩu, hiện nay tính chung trong cả nước có khoảng 168 doanh
nghiệp xuất khẩu cá Tra, cá Basa, sản lượng cá Tra đông lạnh xuất khẩu tăng đều
từ năm 2003 và đến năm 2007 có sự tăng đột biến gấp 2 lần so với năm 2006,
ước đạt 400.000 tấn. Mặt hàng cá Tra và Basa có sản lượng dẫn đầu trong tất cả
các loài thủy sản xuất khẩu vào 6 tháng đầu năm 2007 với con số thống kê đạt
khoảng 213.000 tấn tương ứng với khoảng trên 564 triệu USD. 16
10

Theo thống kê đến hết năm 2008, doanh số xuất khẩu cá Tra, cá Basa ước đạt
1,4 tỷ USD. Đánh giá chung tình hình xuất khẩu thủy sản năm 2008 là năm thành
công của cá Tra, Basa. Thời điểm đầu năm, giá xuất khẩu xuống thấp, các doanh
nghiệp thiếu vốn thu mua cá khiến hàng ngàn tấn cá nguyên liệu tồn đọng ở các
tỉnh ĐBSCL, gây tâm lý lo ngại cho bà con nuôi cá Tra, Basa. Nhưng sau một
thời gian ngắn nhờ đẩy mạnh xuất khẩu sang các nước EU và mở rộng thị trường
sang các nước vùng Trung Đông nên các mặt hàng cá Tra, Basa vẫn duy trì mức
độ tăng trưởng cao. Sau 11 tháng đã xuất khẩu được 584,7 ngàn tấn cá Tra, Basa
đạt giá trị 1,33 tỷ USD, tăng 66,65% về khối lượng và 48,84% về giá trị so với
cùng kỳ năm 2007. Thị trường xuất khẩu cá Tra, Basa quan trọng là Nga (171,24
triệu USD, gấp 2,22 lần so với năm 2007, chiếm 12,84% về giá trị xuất khẩu cá
Tra, Basa). Nếu tính năm 2007, Ucraina là nước nhập khẩu cá Tra, Basa lớn thứ
7 của Việt Nam thì đến năm 2009 đã vươn lên vị trí thứ hai (133,06 triệu USD,
gấp 3,57 lần năm 2007 chiếm 9,98%). Tây Ban Nha từ thị trường tiêu thụ cá Tra,
Basa đứng đầu trong năm 2007 đã tụt xuống vị trí thứ ba, nhưng vẫn tăng trưởng
cả về khối lượng (42,22 ngàn tấn, tăng 28,87% so với cùng kỳ năm 2007) và giá
trị (111,34 triệu USD, tăng 20,54%). Các nước khác trong khối EU cũng là
những khách hàng tiêu thụ cá Tra, Basa quan trọng của Việt Nam như Đức
(99,24 triệu USD, chiếm 7,44%), Hà Lan (85,39 triệu USD, chiếm 6,4%), Ba Lan
(78,12 triệu USD, chiếm 5,86%, nhưng giá trị xuất khẩu năm 2008 sang thị
trường này lại có sự sụt giảm 6,55% so với cùng kỳ năm 2007), … Một thị
trường khá mới nữa là A-rập Xê-út đã trở thành thị trường tiềm năng, từ vị trí thứ
76 năm 2007 (83,26 ngàn USD) đã vươn lên vị trí 14 (22,93 triệu USD). 1
Theo thống kê của Hiệp Hội Chế Biến và Xuất Khẩu Thủy Sản Việt Nam
(VASEP), 3 tháng đầu năm 2010, tổng lượng cá Tra xuất khẩu xấp xỉ 150 ngàn
tấn thành phẩm, với giá trị khoảng 310 triệu đô la xuất khẩu. Trong đó, thị trường
Châu Âu chiếm tỉ trọng lớn nhất với khoảng 38%, sau đó là thị trường Mỹ và các
thị trường khác. Tuy nhiên, bước vào tháng 4, tình hình thị trường tiêu thụ cá bắt
11

đầu có những dấu hiệu giảm sút khiến việc mua bán giữa doanh nghiệp trong
nước và công ty nước ngoài bị chậm lại, ảnh hưởng đến việc xuất khẩu cá. 21
Mặc dù tình hình hiện tại là như vậy nhưng có thể nói rằng, thị trường tiêu thụ
cá Tra ngày càng được mở rộng, có năng lực cạnh tranh trên thị trường quốc tế.
Việc phát triển chế biến cá Tra đã tạo việc làm cho hàng chục vạn công nhân,
nông ngư dân, nhất là ở vùng nông thôn ĐBSCL, góp phần chuyển dịch cơ cấu
kinh tế.
1.1.6. Đánh giá về phế liệu cá Tra
Trong quy trình sản xuất cá Tra fillet đông lạnh xuất khẩu, lượng phế phẩm,
phụ phẩm chiếm khoảng 70% nguyên liệu, được bán với giá rất rẻ. Ước tính
700.000 tấn cá tra sẽ loại ra được 100.000 tấn mỡ và khoảng 50.000  70.000 tấn
phế liệu da và xương. Trong đó da cá chiếm tỷ trọng khá cao 4,8  5,1% tùy
thuộc vào hình thức nuôi và kích cỡ cá khi thu hoạch. Như vậy, nếu như mỗi
ngày các doanh nghiệp chế biến các sản phẩm cá Tra ở Việt Nam tiêu thụ khoảng
1.000 tấn nguyên liệu thì cũng đồng nghĩa với việc họ loại ra khoảng 48  51 tấn
da cá Tra. Cho đến nay, hình thức xử lý lượng da cá này chỉ dừng lại ở việc một
phần rất nhỏ đem đi chế biến thành thực phẩm như bánh phồng, da cá tẩm gia vị,
một phần nhỏ lẻ khác sản xuất gelatin, còn hầu hết một lượng lớn da cá này được
xuất khẩu đông lạnh với giá thành rất rẻ khoảng gần 6000 VNĐ/kg. 18
Như vậy, có thể thấy rằng nguồn nguyên liệu da cá Tra rất dồi dào. Để sử
dụng có hiệu quả hơn nguồn phế phẩm này, việc nghiên cứu công nghệ sản xuất
collagen (một chất có rất nhiều ứng dụng trong y học, dược phẩm và thực phẩm)
từ da cá Tra là rất cần thiết.
Thành phần hóa học của da cá nói chung, nước chiếm khoảng 6070%, một ít
chất vô cơ, còn lại là protein và chất béo. Protein của da cá chủ yếu là collagen,
elastin, keratin, rutin, globumin và albumin.



12

1.2. Tổng quan về collagen và công nghệ sản xuất collagen từ da cá Tra
1.2.1 . Khái niệm và phân loại collagen
Khái niệm
Collagen là một loại protein mô liên kết có dạng sợi tồn tại ở dạng bó sợi kết
thành một mạng lưới để nâng đỡ các mô. 19
Collagen là protein chính của mô nối động vật và là protein dồi dào nhất ở
những động vật có vú, chiếm khoảng 25% tới 35% toàn bộ lượng protein trong
cơ thể. Collagen tạo nên 1% tới 2% của mô cơ, và chiếm 6% về trọng lượng của
gân, xương, dây chằng, sụn và răng trong cơ thể. 15
Phân loại 15
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.
 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 thịt (thành phần chính của bắp thịt),
tìm thấy bên cạnh collagen I.
 Collagen IV: thành phần chính cấu tạo màng tế bào.
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.
1.2.2 . Thành phần, cấu trúc, tính chất và ứng dụng của collagen
1.2.2.1 . Thành phần và cấu trúc của collagen
Công thức hoá học: C
4
H
6

N
2
O
3
R
2
.(C
7
H
9
N
2
O
2
R)
n
. 4



13

Công thức cấu tạo 4


Cấu trúc phân tử collagen

Collagen là một protein chiếm ưu thế của các cơ quan động vật, xấp xỉ 30%
tổng số protein. Có ít nhất 27 loại collagen khác nhau, có tên là I-XVIII.
Collagen có cấu trúc rất phức tạp, là một dạng protein cấu trúc sợi dài và hầu hết
các chức năng của nó khác với dạng protein phổ biến khác như enzym.
Tropocollagen hay “phân tử collagen” là một đơn vị lớn hơn của collagen gọi là
các sợi. Nó dài khoảng 300nm, với đường kính 1,5nm tạo thành bởi 3 chuỗi
polypeptid (peptid ), mỗi chuỗi này đều được sắp xếp theo một đường xoắn ốc
phía tay trái tạo thành một trục siêu xoắn. Ba chuỗi xoắn ốc được cuộn cùng nhau
chiều thuận tay phải “đường xoắn ốc đặc biệt” hoặc đường xoắn ốc bộ ba, một
cấu trúc bậc bốn được ổn định bởi nhiều liên kết hydro. Một sợi collagen là một
a) b)
Hình 1.2 : Cấu trúc của collagen
a) Cấu trúc của collagen ; b) Cấu trúc xoắn của bộ ba
14

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.4
Một đặc điểm đặc trưng của collagen là sự sắp xếp đều đặn của các amino acid
trong mỗi mắc xích của từng chuỗi xoắn ốc collagen này. Thông thường các
chuỗi theo mẫu sau: Gly-Pro-Y hoặc Gly-X-HyP, ở đây X và Y là các acid amin
còn lại. Proline và hydroxyproline tạo nên khoảng 1/6 tổng số chuỗi. Glycine
chiếm khoảng 1/3 số chuỗi, điều này có nghĩa là khoảng nửa chuỗi collagen

không chứa glycine, proline hoặc hydroxyproline, các nhóm GXY khác thường
trong các chuỗi peptid collagen . 15
Bảng 1.4: Dạng cấu trúc phân tử của một số loại collagen. [7]
Loại collagen Dạng cấu trúc
I [α
1
]
2
α
2

[α
1
]
3

II [α
1
]
3

III [α
1
]
3

IV [α
1
]
3

[α
1
]
2
α
2

V [α
1
]
2
α
2

VI α
1
α
2
α
3

VII [α
1
]
3

VIII [α
1
]

3

IX α
1
α
2
α
3

X -
XI [α
1
]
2
α
2





15

1.2.2.2 . Tính chất của collagen
Tính chất collagen 5
-Tương tác của collagen với nước
Collagen không hòa tan trong nước, nhưng nó hút nước và trương nở, cứ
100 gram keo khô có thể hút 200 gram nước, trong đó khoảng 70 gram là nước
liên kết và 20 gram là nước kết hợp rất vững chắc. Phần nước kết hợp liên kết
trên chuỗi là 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 lẽo. 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 quá trình hút nước như sau


H… OH
- +
H
3
N- CH- CO …NH-CH – CO –NH-CH – C = O

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 lên khoảng 25%, nhưng độ dài tăng lên
không đáng kể, tổng thể tích của phân tử collagen tăng lên 2  3 lần.
Kết quả 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 yếu dần và đến mức nào đó bị cắt đứt
thành những mạch peptid tương đối nhỏ. Khi nhiệt độ tăng lên đến 60  65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 chất khoáng thì nhiệt
độ phân giải giảm xuống. Vì collagen hút nước sau khi xử lý bằng kiềm, hoặc
acid, lúc này liên kết trong phân tử collagen giảm và một phần bị phân giải nên
nhiệt độ phân giải của keo có thể bị hạ thấp.

R

R

R

O
-
H
+
OH
-

16

-Tương tác giữa collagen với môi trường acid, môi trường kiềm
Trong môi trường acid hoặc kiềm thì collagen có khả năng hút nước trương nở
mạnh hơn rất nhiều so với trong nước nguyên chất (do trong điều kiện có nước,
thì nước có thể tác dụng với các nhóm mang điện trong phân tử protein và những
ion Na
+
, Cl
-
hình thành các nhóm hydrat của collagen), kèm theo là quá trình tỏa
nhiệt và làm tăng độ bền liên kết, đồng thời collagen có các biến đổi sau:
 Bị cắt mạch muối (liên kết nội phân tử do nhóm NH
3
+
… COO
-
) làm
đứt mạch peptid trong mạch chính.
 Làm đứt liên kết hydrogen: trong gốc (–CO) và gốc (–NH
+)

của mạch
xung quanh nó.
 Acid amin bị phân hủy giải phóng amoniac.
 Điểm đẳng điện bị thay đổi theo hướng giảm (vì những biến đổi đó
mang tính chất thủy phân làm cho các nhóm gốc có tính hoạt động
tăng lên nhiều).Theo nghiên cứu thì điểm đẳng điện nằm trong khoảng
từ 5,8  6,5.
Chính vì vậy nguyên liệu sau khi xử lý acid, kiềm sẽ thuận lợi hơn cho quá
trình sản xuất keo gelatin và có thể xử lý ở nhiệt độ thấp hơn cũng thu được
gelatin.
Trên mạch collagen có các gốc cacboxyl (–COOH) và gốc amin (–NH
2
) nên
sự có mặt của NaOH thì ion của nó tác dụng với gốc cacboxyl và làm cho gốc
amin bị ức chế.

COO
-
…Na
+

NH
3

COO
-
…Na
+

NH
3

NH
3

COO
-
…Na
+

NH
3

COO
-

…Na
+

17

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). Trái lại gốc amin bị
ion hóa thành -NH
3
+
.







Sản phẩm phân giải của collagen chủ yếu là gelatin, nếu tiếp tục phân giải ta
thu được gelatose và gelatone.
Collagen thủy phân thành gelatin theo lý thuyết của Hofmeister phản ứng
được 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
Khi xử lý ở nhiệt độ cao trong nước, keo tiếp tục bị thủy phân thành gelatose
và gelatone theo phương trình sau:
C
102
H
151
N
31
O
39
+ H
2
O C
55

H
85
N
17
O
22
+ C
47
H
70
O
19
+ 7 N
2

Gelatin Gelatose Gelatone
Tỉ lệ thành phần giữa gelatin, gelatose và gelatone được điều chỉnh bằng điều
chỉnh nhiệt độ và thời gian nấu. Thời gian nấu càng dài, nhiệt độ nấu càng cao thì
hàm lượng gelatose và gelatone càng cao. Nếu thời gian nấu quá dài hoặc nhiệt
độ nấu quá cao thì có thể còn tạo thành những sản phẩm thủy phân của gelatose
và gelatone nữa.




NH
+
3
…Cl
-

COOH
NH
+
3
…Cl
-

NH
+
3
…Cl
-
COOH


COOH
NH
+
3
…Cl
-



COOH