Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết gelatin từ da lợn và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM




NGUYỄN THỊ NGỌC

Tên đề tài:


“NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
TÁCH CHIẾT GELATIN TỪ DA LỢN VÀ ỨNG DỤNG TRONG
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM”



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy
Chuyên ngành

: Công nghệ Thực phẩm
Khoa : CNSH-CNTP
Khóa học : 2010- 2014







Thái Nguyên, 2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM


NGUYỄN THỊ NGỌC

Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
TÁCH CHIẾT GELATIN TỪ DA LỢN VÀ ỨNG DỤNG TRONG
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM”


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Thị Ngọc
Chuyên nghành : Công nghệ thực phẩm
Khoa : CNSH-CNTP
Khóa : 2010- 2014
Giảng viên hướng dẫn : ThS. Nguyễn Văn Bình
Khoa CNSH&CNTP - Đại học Nông Lâm Thái Nguyên




Thái Nguyên, 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là
trung thực và chưa được sử dụng trước đó. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ
cho việc thực hiện khóa luận này đã được cảm ơn và các thông tin được trích dẫn
trong khóa luận này đã được ghi rõ nguồn gốc.




Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Ngọc





LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ
thực phẩm vừa qua, em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô của
bộ môn Công nghệ Thực phẩm thuộc khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực
phẩm - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ và tạo điều
kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt được đề tài khóa luận của mình.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Văn Bình, đã
hướng dẫn và chỉ dạy tận tình giúp em hoàn thành tốt đề tài và tích lũy vốn kiến
thức hữu ích về chuyên ngành trong suốt thời gian qua.
Em xin gửi lời cảm ơn đến cán bộ phòng thí nghiệm và tập thể các bạn sinh
viên lớp Công nghệ Tthực phẩm k42 đã nhiệt tình giúp đỡ đóng góp ý kiến và tạo
điều kiện tốt cho em trong suốt thời gian thực tập vừa qua.
Cuối cùng em xin kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và chúc các bạn
sinh viên lớp Công nghệ Tthực phẩm k42 bảo vệ thành công khóa luận tốt nghiệp
của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái nguyên, ngày tháng năm 2014

Sinh viên thực hiện




Nguyễn Thị Ngọc
DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG KHÓA LUẬN
Trang
Bảng 2.1 thành phần acid amin thu được khi thủy phân 100g mẫu gelatin
8
Bảng 2.2 Sự khác biệt cơ bản của 2 loại gelatin .
16
Bảng 2.3: khả năng ứng dụng gelatin vào các sản phẩm thực phẩm dựa
17
Bảng 2.4: Khả năng ứng dụng của gelatin trong dược phẩm tùy
18
Bảng 3.1 Một số hóa chất sử dụng trong thí nghiệm nghiên cứu
24
Bảng 3.2 Hệ số chuyển đổi đạm tổng số của một số nguyên liệu
37
Bảng 3.3. Bảng hệ số trọng lượng .
38
Bảng 3.4. Bảng thang điểm đánh giá chất lượng cho sản phẩm .
38
Bảng 3.5: Bảng cơ sở chấm điểm cảm quan
38
Bảng 4.1 Ảnh hưởng của loại acid xử lý nguyên liệu đến hàm lượng gelatin thu được

40
Bảng 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ acid xử lý nguyên liệu
41
đến hàm lượng gelatin thu được
41
Bảng 4.3 ảnh hưởng của tỷ lệ ngâm nguyên liệu
43
acid đến hàm lượng gelatin thu được
43
Bảng 4.4 Ảnh hưởng của thời gian ngâm xử lý nguyên liệu đến hàm lượng gelati
thu được
44
Bảng 4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu: nước trích ly đến hàm lượng gelatin thu
được
46
Bảng 4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến khối lượng gelatin thu được
47
Bảng 4.7 Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hàm lượng gelatin thu được
49
Bảng 4.8 Lựa chọn tỷ lệ bổ xung gelatin vào sản phảm chả cá thích hợp
50







DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG KHÓA LUẬN
Trang

Hình 2.1 Cấu trúc Collagen 5
Hình 2.2 Cấu trúc gelatin 9
Hình 2.3 cấu trúc hóa học phân tử cơ bản của gelatine 10
Hình 2.4: Những nang thuốc có chứa gelatin theo độ Bloom 18
Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu lựa chọn loại acid xử lý nguyên liệu 26
Hình 3.2. Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn nồng độ acid dùng trong xử lý nguyên liệu
27
Hình 3.3. Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid trong xử lý
nguyên liệu 28
Hình 3.4. Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn thời gian xử lý nguyên liệu bằng acid 29
Hình 3.5. Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ nguyên liệu: nước cất trích ly thích
hợp 30
Hình 3.6 Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ trích ly 32
Hình 3.7. Sơ đồ thực nghiên cứu lựa chọn thời gian trích ly 33
Hình 3.8: Sơ đồ các bước làm chả cá và bổ xung gelatin 34
Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng của loại acid xử lý nguyên liệu đến hàm lượng gelatin thu được
40
Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ nồng độ acid xử lý nguyên liệu đến hàm lượng
gelatin thu được 42
Hình 4.3 biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid đến hàm lượng gelatin thu
được 43
Hình 4.4 Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian ngâm xử lý nguyên liệu đến hàm lượng gelatin
thu được 45
Hình 4.5 biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu : nước trích ly đến hàm lượng gelatin thu
được 46
Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hàm lượng gelatin thu được 48
Hình 4.7 Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian trích ly hàm lượng gelatin thu được 49
Hình 4.8: Biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ bổ xung gelatin đến chất lượng sản phẩm chả cá 51

DANH MỤC CÁC CỤM, TỪ VIẾT TẮT

STT

Tên viết tắt Tên đầy đủ
1
GME
Gelatin manufacturers of Europe
Hiệp hội gelatin của Châu Âu
2
WHO
World health Organization
tổ chức Y tế thế giới
3
USP
United States Pharmacopeia
tổ chức Y khoa của Mỹ
4
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
6
TKN
Total Kjeldahl Nitrogen
phân tích hàm lượng protein bằng phương pháp kjeldah
7
CT
Công thức
MỤC LỤC
Trang
PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1
1.1. Đặt vấn đề
1
1.2. Mục đích đề tài
2
1.3. Yêu cầu đề tài
2
1.4. Ý nghĩa của đề tài
2
1.4.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
2
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
2
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
3
2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
3
2.1.1. Tổng quan về collagen
3
2.1.1.1. Định nghĩa về collagen
3
2.1.1.2. Thành phần và cấu trúc của collagen
3
2.1.1.3. Tính chất của colagen
5
2.1.2. Tổng quan về Gelatin
6
2.1.2.1. Lịch sử phát triển của ngành sản xuất gelatin
6
2.1.2.2. Định nghĩa và nguồn gốc của Gelatin

7
2.1.2.3 Thành phần và cấu trúc của gelatin.
8
2.1.2.4 Tính chất của gelatin.
10
2.1.2.5 Phân loại gelatin
15
2.1.2.6 Ứng dụng của gelatin
16
2.1.2.7 Phân hạng và kiểm tra.
19
2.1.2.8 Sự chuyển dạng từ collagen sang gelatin.
21
2.2. Tình hình nghiên cứu, sản xuất, và tiêu thụ gelatin
21
2.2.1. Tình hình nghiên cứu gelatin ngoài nước
21
2.2.2. Tình hình nghiên cứu gelatin trong nước
22
PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
24
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
24
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
24
3.1.2. Hóa chất
24
3.1.3. Dụng cụ và thiết bị phục vụ nghiên cứu
24
3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành nghiên cứu

24
3.3. Nội dung nghiên cứu.
25
3.4. Phương pháp nghiên cứu
25
3.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
25
3.4.1.1. Thí ngiệm 1: Nghiên cứu lựa chọn loại acid xử lý nguyên liệu
25
3.4.1.2. Thí nghiệm 2: Nghiên cứu lựa chọn nồng độ acid xử lý nguyên liệu.
26
3.4.1.3. Thí nghiệm 3: Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid.
27
3.4.1.4. Thí nghiệm 4: Nghiên cứu lựa chọn thời gian xử lý nguyên liệu
28
3.4.1.5. Thí nghiệm 5: Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ collagen : nước cất trích ly
29
3.4.2.6. Thí nghiệm 6: Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ trích ly.
31
3.4.1.7 Thí nghiệm 7: Nghiên cứu lựa chọn thời gian trích ly.
32
3.4.2.8. Thí nghiệm 8: Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ bổ xung gelatin vào thực phẩm
. 33
3.4.2. Các phương pháp phân tích
34
3.4.2.1. Phương pháp xác định protein tổng số bằng phương pháp kjeldahl
34
3.4.2.2 Phương pháp đánh giá cảm quan .
37

3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu………………………………………………………… 39

PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
40
4.1 Kết quả nghiên cứu điều kiện xử lý nguyên liệu
40
4.1.1 Kết quả nghiên cứu lựa chọn loại acid xử lý nguyên liệu
40
4.1.2 Kết quả nghiên cứu lựa chọn nồng độ acid xử lý nguyên liệu
41
4.1.3 Kết quả nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid
43
4.1.4 Kết quả nghiên cứu lựa chọn thời gian ngâm xử lý nguyên liệu
44
4.2.1 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ collagen : nước trích ly
46
4.2.2 Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ trích ly thích hợp
47
4.2.3 Nghiên cứu xác định thời gian trích ly
49
4.3 Nghiên cứu tỷ lệ bổ xung gelatin vào sản phẩm chả cá.
50
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
52
TÀI LIỆU THAM KHẢO
53

1
PHẦN 1
MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Nông nghiệp là ngành kinh tế trọng điểm của Việt Nam, trong đó nghành
chăn nuôi chiếm 30 - 32% tỷ trọng nền nông nghiệp [12]. Theo Cục thống kê (2012)
cả nước có hơn 23.500 trang trại chăn nuôi gia súc gia cầm và 4.13 triệu hộ chăn
nuôi lợn, sản lượng thịt hơi các loại cả năm 2012 đạt 4,3 triệu tấn trong đó sản
lượng thịt lợn hơi đạt 1.9 triệu tấn [11]. Đến tháng 10/2013 sản lượng thịt lợn hơi
xuất chuồng đã tăng thêm khoảng 2 - 2.5% [12]. Đáp ứng nhu cầu cầu nguyên liệu
cho ngành công nghệ thực phẩm, trong các nhà máy sản xuất thịt lợn đóng hộp, nhà
máy chế biến các sản phẩm thịt lợn chỉ sử dụng phần thịt và thải bỏ một lượng lớn
da, xương và các phế phụ phẩm khác, lượng phế thải này chưa được sử lý sẽ gây ô
nhiễm môi trường và gây lãng phí lớn. Trong khi đó lượng phế phụ phẩm này là
nguồn nguyên liệu để sản xuất gelatin.
Gelatin là sản phẩm được thủy phân từ collagen có nguồn gốc tự nhiên từ da,
mô khớp nối, lông động vật [1]. Trong thực phẩm, gelatin là một phụ gia có tính an
toàn với sức khỏe người sử dụng, gelatin có vai trò quan trọng và ứng dụng nhiều
trong quá trình chế biến thực phẩm nhằm ổn định cấu trúc cho sản phẩm, thay thế
các phụ gia độc hại như hàn the, polyphosphate…, tăng giá trị dinh dưỡng và giá trị
cảm quan cho sản phẩm.
Gelatin được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm,
phim ảnh, mỹ phẩm với lượng tiêu thụ hàng năm lên tới 300.000 tấn [2] năm 2012
toàn thế giới tiêu thụ 359.000 tấn gelatin [10]. Nhận thấy nhu cầu sử dụng gelatin
trên thế giới cũng như ở Việt Nam là rất lớn trong khi nguồn nguyên liệu để sản
xuất gelatin ở nước ta lại sẵn có, ổn định, giá rẻ và có tiềm năng phát triển. Do đó
việc nghiên cứu ra phương pháp sản xuất gelatin từ phế thải của các nhà máy chế
biến thịt gia súc gia cầm là hết sức cần thiết vừa đáp ứng nhu cầu sử dụng gelatin
vừa mang lại hiệu quả kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường.
Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố
ảnh hưởng đến quá trình tách chiết gelatin từ da lợn và ứng dụng trong công
nghệ thực phẩm”.

2
1.2. Mục đích đề tài
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết gelatin từ da lợn
và ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm.
1.3. Yêu cầu đề tài
 Nghiên cứu xác định được các điều kiện xử lý nguyên liệu.
- Nghiên cứu lựa chọn được loại acid xử lý nguyên liệu.
- Nghiên cứu lựa chọn được nồng độ acid xử lý nguyên liệu.
- Nghiên cứu lựa chọn được tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid.
- Nghiên cứu lựa chọn được thời gian ngâm xử lý nguyên liệu.
 Nghiên cứu xác định được các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình trích ly.
- Nghiên cứu lựa chọn được tỷ lệ nguyên liệu : nước trích ly.
- Nghiên cứu lựa chọn được thời gian trích ly.
- Nghiên cứu lựa chọn được nhiệt độ trích ly.
 Nghiên cứu lựa chọn được tỷ lệ bổ sung gelatin vào thực phẩm.
- Nghiên cứu lựa chọn được tỷ lệ bổ sung gelatin vào sản phẩm chả cá.
1.4. Ý nghĩa của đề tài
1.4.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Xác định thông số kĩ thuật từ đó đưa ra quy trình sản gelatin bằng phương
pháp nghiên cứu và phân tích tại phòng thí nghiệm.
- Đánh giá khả năng tạo cấu trúc các sản phẩm thực phẩm của gelatin.
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Tạo ra sản phẩm có giá trị cao và góp phần giảm ô nhiễm môi trường.
- Tạo ra chế phẩm gelatin có ứng dụng rộng rãi
- Góp phần làm phong phú phụ gia dùng trong thực phẩm.

3
PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
2.1.1. Tổng quan về collagen
2.1.1.1. Định nghĩa về collagen
Chữ collagen bắt nguồn từ chữ Hy Lạp, nó gồm 2 thành tố được Latinh hoá.
Tiếp đầu ngữ Kolla: colla có nghĩa là chất keo, và tiếp vị ngữ Gennan: gen có nghĩa
là tạo ra Collagen có nghĩa đen là chất tạo keo [6].
Theo từ điển Merriam Webster thì collagen là protein không hòa tan, dạng
sợi và tham gia chủ yếu vào thành phần cấu tạo mô liên kết và xương ở động vật có
xương sống [8].
Theo các nghiên cứu khoa học, Collagen bản chất của nó là amino acid - là
chất đạm - là một loại protein, chiếm tới 25% tổng lượng protein trong cơ thể
người.
Theo quan điểm y sinh, Collagen là thành phần chính của các mô liên kết, có
khả năng đàn hồi và chịu lực rất cao, là thành phần chính của da, gân, xương, dây
chằng, sụn và răng trong cơ thể. Khi cơ thể thiếu hụt chất này sẽ gây nên những vấn
đề nghiêm trọng cho sức khỏe, Collagen đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển,
hàn gắn viết thương, là thành phần hoạt hóa các tiểu cầu trong máu và sự hình thành
mạch. Thêm vào đó sự phát triển của một số bệnh di truyền được xác định do đột
biến trong cấu trúc gen của collagen. Những rối loạn trong quá trình tổng hợp hoặc
phân giải collagen đều được ghi lại như là nguyên nhân của nhiều căn bệnh phức
tạp như viêm khớp, xơ gan, đái tháo đường, ung thư cũng như các bệnh liên quan
đến sự lão hóa.
Xét về mặt kinh tế, nguồn nguyên liệu giàu collagen dùng để sản xuất ra
gelatin - chất có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
2.1.1.2. Thành phần và cấu trúc của collagen
Collagen là một loại protein rất đặc biệt. Cấu trúc của nó được tạo thành từ
những amino acid với sự sắp xếp dạng sợi, mặt khác được biết như là protein cứng
hình sợi. Những sợi này là những chuỗi phân tử dài, chứa đến 19 loại amino acid.
Thành phần amino acid quan trọng của những sợi này gồm có: prolin, glicin,

4
hydroxyprolin và hydroxygilicin. Hai hợp chất cuối không thấy trong bất kỳ loại
protein nào khác.
Collagen là một loại protein tương đối đơn giản, gồm có ba chuỗi amino acid
riêng biệt xoắn lại với nhau giống như một sợi dây thừng. Mỗi sợi collagen được
tạo nên từ hàng nghìn amino acid, chủ yếu là hai loại acid amin: glycin và prolin.
Đơn vị cấu trúc của nó là tropocollagen bao gồm 3 mạch polypeptide bện
vào nhau thành một dây cáp siêu xoắn (vì mỗi mạch đơn có cấu trúc xoắn, chiều cao
của mỗi gốc xoắn trên trục siêu xoắn này là 2,9 Å, một vòng xoắn là 3,3 gốc amino
acid). Ba chuỗi polypeptide trong “dây cáp” nối với nhau bằng các liên kết
hydrogen.
Đầu tiên ba sợi của collagen này xoắn lại theo kiểu xoắn ốc xung quanh một
sợi hình thành nên một bộ ba. Sau đó những bộ ba này bắt với nhau và xoắn chung
quanh mỗi bộ ba để hình thành nên một sợi siêu cáp. Mỗi sợi này cũng liên kết với
nhau bằng các liên kết ngang. Sự kết hợp này được gọi là một collagen siêu xoắn.
Cấu trúc ba chiều phức tạp này quyết định chức năng sinh học của collagen. Gần
một nửa lượng amino acid của colagen là glycine và alanine. Ở những vị trí có liên
kết – NH – và = O của glycine và alanine của chuỗi này sẽ liên kết với nhóm –NH –
và = O của chuỗi kia ở vị trí tương ứng bằng liên kết hydro. Cứ 3 chuỗi polypeptid
sẽ xoắn ốc lại với nhau tạo thành một chuỗi lớn hơn, đó chính là sợi colagen rất rắn
chắc trong mô sống của động vật [4].
Một đặc điểm để phân biệt colagen với các loại protein khác là trình tự các
acid amin được sắp xếp trong 3 chuỗi đơn vị của phân tử colagen. Một mô hình phổ
biến là Gly-X-Pro hoặc Gly-X-Hyp, trong đó X có thể là một phân tử acid amin bất
kỳ: Gly-Pro-Hyp là mô hình xuất hiện nhiều nhất
Vì thế, gelatin được thu nhận từ colagen là một mạng lưới phân tử có tính
đàn hồi nối với nhau bởi liên kết hydro

5







Hình 2.1 Cấu trúc Collagen
2.1.1.3. Tính chất của collagen
* Tính chất vật lý
Collagen là một proten không tan trong nước nhưng có khả năng giãn nở
nhẹ, tỷ lệ giãn nở co giãn khoảng 7% cho sợ ướt và 5% cho sợi khô. Ở 60
o
C dưới
tác động của acid hay kiềm hoặc muối Collagen ẩm đột ngột phồng lên co rút
khoảng 1/3 hay 1/4 chiều dài của nó và nếu tiếp tục đun collagen sẽ tiếp tục phân
hủy thành gelatin
* Tính chất hóa học
Collagen là chất duy có thể chuyển thành gelatin khi đun sôi với nước nóng
đó là kết quả của sự mở vòng xoắn 3 sợi kèm theo sự phá vỡ liên kết hydro.
Gelatone và gelatose là sản phẩm phân giải gelatin, tỷ lệ giữa gelatin gelatone và
gelatose được quyết định bởi nhiệt độ và thời gian nấu.
Collagen bị thủy phân chậm bởi trysin và pepsin, tan trong glycerin, acid
acetid, ure nhưng không tan trong nước lạnh khi thêm cồn, muối hoặc aceton đặc
biệt là thêm heparin thì chúng có sợi dày và kết tủa lại [4].

- 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 acid sẽ tác dụng với gốc amin, điện tích
carboxyl bị ức chế hình thành acid yếu có độ ion hóa thấp. Trái lại gốc amin bị ion
hóa tạo NH
3
+
.

6
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 bị biến đổi,
đây là biến đổi quan trọng trong qua 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 giữa các gốc – CO…NH- của mạch xung
quanh, phân hủy acid amin trong mạch giải phóng amoniac. Khi cấu trúc collagen
bị biến đổi thì pI của collagen hạ xuống thấp.

Tác dụng thủy phân của aicd 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 [6].
Do đó trong quá trình trích ly gelatin cần phải khống chế nhiệt độ và thời
gian thích hợp để đảm bảo chất lượng của gelatin thành phẩm.
- Phản ứng với nước :
Collagen không hòa tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ hút nước để
trương nở ra cứ 100g collagen khô có thể hút được khoảng 200g nước, trong đó 70g
là nước liên kết và 20g là liên kết vững chắc. Khi tác dụng với nước độ dày của
mạch tăng lên 25% và độ dài tăng lên không đáng kể, tổng diện 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 sợ gelatin từ 3 – 4 lần. Khi nhiệt độ tăng lên cao, tính hoạt động của
mạch polypeptide tăng mạnh, làm cho mạch bị yếu đi và bắt đầu đứt thành những
polypeptide tương đối nhỏ. Khi nhiệt độ tăng khoảng 60 – 65
o
C collagen hút nước
bị phân giải [6].
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.
2.1.2. Tổng quan về Gelatin
2.1.2.1. Lịch sử phát triển của ngành sản xuất gelatin
Thuật ngữ gelatin có nguồn gốc từ Latin là từ ‘‘gelatus’’ nghĩa là màng hay
chất tạo đông. Theo các nghiên cứu cho thấy, từ hơn 2000 năm trước đây con người

7
đã biết sử dụng mô liên kết và các sản phẩm của nó trong chế biến thực phẩm để tạo
ra các sản phẩm tạo gel [6].
Năm 1962, một người Pháp tên là Papin đã tạo được một hỗn hợp giống jelly
từ xương.

Năm 1700, thuật ngữ gelatin được sử dụng phổ. Đến năm 1754, bài báo đầu
tiên trong lĩnh 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 định tính chất
của geltin.
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.
Năm 1973 WHO đã đưa ra tiêu chuẩn nhận biết về độ tinh sạch của gelatin
thực phẩm và xem gelatin như một loại thực phẩm chứ không phải 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 [6].
2.1.2.2. Định nghĩa và nguồn gốc của Gelatin
Hiện nay có nhiều định nghĩa khác nhau về gelatin.
Năm 1967, Ramachandran định nghĩa gelatin là một polypeptide có 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 định nghĩa gelatin là từ để chỉ những hợp chất protein có
nguồn gốc từ collagen.
Năm 1998, Bailey và Paul định nghĩa gelatin về căn bản là protein tinh sạch
dùng trong thực phẩm được thu nhận từ collagen đã bị thoái hóa do nhiệt, có cấu
trúc như protein động vật.
Năm 1990, tổ chức Y khoa của Mỹ (USP – United States Pharmacopeia)
định nghĩa gelatin là một sản phẩm của quá trình phân giải collagen có nguồn gốc
từ da, xương của động vật [6].

8

Theo Hofmeister: Gelatin là sản phẩm của sự thủy phân Collagen bởi nhiệt:
C
102
H
149
N
31
O
38
+ H
2
O C
102
H
151
N
31
O
39
2.1.2.3 Thành phần và cấu trúc của gelatin.
 Thành phần hóa học
Thành phần hóa học cơ bản của gelatin bao gồm : 85 – 90% protein, 0.5 – 2
% muối khoáng, 8 – 13 % nước [1].
Gelatin có chứa gần đầy đủ các acid amin, ngoại trừ tryptophan và cysteine,
cystine đôi khi chỉ tìm thấy ở dạng vết.
Trong gelatin không chứa cholesterol và purines. Gelatin chứa nhiều glycine
và proline, hàm lượng của 2 acid amin này trong gelatine cao gấp 10 – 20 lần so với
các protein khác.
Tỷ lệ giữa các acid amin trong gelatin có thể thay đổi, tỷ lệ này phụ thuộc vào
nguồn nguyên liệu và phương pháp sản xuất.

Bảng 2.1 thành phần acid amin thu được khi thủy phân 100g mẫu gelatin [4]
Acid amin Khối lượng (gam)
Glycine 26 – 31
Alanine 8 – 11
Valine 2.6 – 3.4
Leucine 3.0 – 3.5
Isoleucine 1.4 – 2
Phenylalanine 2 – 3
Trytophane -
Serine 2.9 – 4.2
Threonine 2.2 – 4.4
Tyrosine 0.2 – 1
Proline 15 – 18
Hydroxyproline 13 – 15
Methionine 0.7 – 1
Cysteine -
Cystine Vết
Lysine 4 – 5
Arginine 8 – 9
Histidine 0.7 – 1
Acid aspartic 6 – 7
Acid glutamic 11 – 12
Hydroxylysine 0.8 – 1.2

9

 Cấu trúc của gelatin.
Gelatin là một protein tạo bởi axit amin sắp xếp trên một chuỗi đường thẳng
và được liên kết bởi sự kết hợp của hai hay nhiều axit amin, là hỗn hợp dị thể các
sợi polypeptid sợi đơn và sợi đa, mỗi sợi có cấu hình proline xoắn ốc bên trái, chứa

từ 300 – 400 amino acid [4].















Hình 2.2 Cấu trúc gelatin
Cấu trúc của Gelatin được hình thành từ sự liên kết của 18 loại amino acid
khác nhau, liên kết theo một trật tự nhất định, tuần hoàn. Gelatin chứa một lượng
lớn glycine, proline và 4- hydroxyproline.
Cấu trúc hóa học cơ bản là –Ala-Gly- Pro-Arg-Gly-4Hyp-Gly-Pro.

10
Hình 2.3 cấu trúc hóa học phân tử cơ bản của gelatin
Hầu hết gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15000 đến 25000 đvc,
thường thì gelatin có khối lượng từ 50000 đến 70000 đvc.
Gelatin cũng giống như những phân tử protein khác, thành phần cấu trúc
chính của gelatin là chuỗi polypeptid lớn và phức tạp với thành phần amino acid
giống như collagen.Có 18 loại amino aicd khác nhau: Glycine, Alanine, Valine,
Leucine, Isoleucine, Serine, Threaonine, Methionine, Aspartic acid, Glutamic acid,

Lysine, Huydroxylysine, Arginine, Histidine, Phenylalanne, Tytrosine, Prolin,
Hydroxylproline.
Phân tử Gelatin hướng các nhóm hoạt động ra ngoài môi trường, các nhóm
như: Carboxyl, Imidazol, Amino, Guadino có thể ion hóa trong nước.
Các nhóm không mang điện là các nhóm Hydroxyl (Serine, Threomin,
hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptide (-CO-NH-) quy định
khả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử [4].
2.1.2.4 Tính chất của gelatin.
 Tính chất vật lý
- Gelatin là chất rắn dạng miếng, vẩy, bột, hoặc hạt không mùi, không vị,
trong suốt, có màu từ trắng đến vàng nhạt, chứa 9 – 12 % ẩm và có tỉ trọng riêng từ
1,3-1,4.
- Tuy thành phần aicd amin trong gelatin và trong collagen rất giống nhau
nhưng gelatin và collagen lại có tính chất rất khác nhau. Trong nước nóng (< 50
o
C),

11
gelatin sẽ hút nước, trương nở và tạo ra dung dịch nhớt, còn collagen chỉ bị co rút
lại. Lượng nước gelatine hấp thụ có thể cao gấp 5 – 10 lần khối lượng của gelatin
ban đầu. Trong dung dịch acid và kiềm, collagen trương nở nhưng không hòa tan,
còn gelatin thì hòa tan rất nhanh.
- Gelatin có khả năng tan trong các polyol như glycerin, propylen glycol,
sorbitol, manitol nhưng không tan trong cồn, aceton, CCl
4
, benzen, ether và các
dung môi hữu cơ khác.
- Khi tan trong nước nóng, dung dịch là một hỗn hợp gelatin và gelatose. Tỷ
lệ giữa gelatin và gelatose ảnh hưởng đến chất lượng keo, gelatose càng nhiều thì
chất lượng càng thấp.

- Gelatin sẽ bị kết tủa ở nồng độ cao khi trong dung dịch có sự hiện diện của
các muối phosphat, citrat, sulfat ở nồng độ thấp [6].
 Tính chất lý hóa:
Độ nhớt
- Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng để đánh giá chất lượng
của gelatin thành phẩm.
- Độ nhớt của gelatin thương mại thường 2.7 cP, tối đa 3 cP.
- Các dung dịch gelatin giống hệt nhau về khả năng tạo gel, thì độ nhớt của
gelatin loại B thường cao hơn 30 – 50% độ nhớt của gelatin loại A.
- Độ nhớt của gelatin phụ thuộc vào:
 Nguồn nguyên liệu: các nguồn nguyên liệu khác nhau sẽ cung cấp các loại
collagen khác nhau, trong quá trình phân giải sẽ tạo ra các dung dịch gelatin có sự
phân bố khối lượng phân tử khác nhau và thành phần acid amin khác nhau, nên độ
nhớt cũng khác nhau.
 Nồng độ dung dịch: độ nhớt của dung dịch gelatin tăng tỉ lệ thuận với sự
tăng nồng độ gelatin. Khi nồng độ dung dịch gelatin tăng thì tương tác thủy động
học giữa các phân tử tăng làm cho tốc độ chảy của dung dịch giảm do đó độ nhớt
của dung dịch tăng.
 Dung môi: dung môi có ảnh hưởng lớn đến các phân tử gelatin khi dung
dịch có nồng độ thấp, ảnh hưởng này giảm khi nồng độ dung dịch tăng lên.
 pH dung dịch: độ nhớt dịch trích đạt giá trị thấp nhất khi pH = 6 – 8, pH
có ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhớt khi pH = 3 hoặc pH = 10.5 và có ảnh hưởng ít

12
nhất đến độ nhớt khi ở điểm đẳng điện pI = 13. Tại pI, dung dịch có nồng càng cao
thì độ nhớt càng tăng mạnh.
 Nhiệt độ: dung dịch có nhiệt độ càng cao thì độ nhớt dung dịch càng thấp.
Trên 40
o
C thì độ nhớt giảm tỉ lệ mũ với độ tăng nhiệt độ.

Điểm đẳng điện:
• Gelatin có thể hoạt động như một acid hoặc một kiềm tùy thuộc vào pH.
Trong dung dịch acid gelatin tích điện dương và trong dung dịch kiềm nó tích điện
âm. Điểm trung gian ở đó sự tích điện bằng 0 gọi là pI hoặc điểm đẳng điện. Và tại
pH này, dung dịch gelatin kém bền nhất, dễ kết tủa, có hàm lượng tối đa các phân tử
protein không tích điện.
• Ở pH = 2 tất cả các nhóm cacboxyl không tích điện, phân tử gelatin mang
điện tích dương cực đại (do điện tích nhóm amino và guanidino).
• Khi pH tăng các nhóm cacboxyl bắt đầu tích điện và ở pH = 6,5 tất cả các
caboxyl tích điên âm. Điên tích của phân tử ảnh hưởng đến tính chất của gelatin.
• Tính lưỡng tính và điển đẳng điện của gelatin loại A nằm trong khoảng pH
= 8-9 và gelatin loại B có điểm đẳng điện là 5,2 phụ thuộc vào thời gian xử lý.
• Điểm đẳng điện có ảnh hưởng lớn đến độ nhớt và độ bền gel từ đó ảnh
hưởng đến khả năng ứng dụng của gelatin.
• Điểm đẳng điện chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nguồn nguyên liệu
và phương pháp sản xuất, ngoài ra còn phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung
dịch.
Khả năng tạo gel:
• Là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đông. Nó được đặc
trưng bằng độ Bloom.
• Theo định nghĩa, độ Bloom là khối lượng tính bằng gam cần thiết tác dụng
lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 14,7mm để khối gel lún xuống 4mm. Khối
gel có hàm lượng gelatin là 6,67%, được giữ ở 10
0
C trong 16-18h.
• Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ gelatin và khả năng hình thành gel.
Gelatin có khả năng hình thành và ổn định liên kết hydro với phân tử nước để hình
thành dạng cấu trúc gel ổn định 3 chiều.

13

- Cơ chế tạo gel: gồm 2 giai đoạn
• Giai đoạn 1: hấp thụ và trương nở trong nước để tạo dung dịch, giai đoạn
xảy ra khi gelatin được cho vào nước và gia nhiệt ở 45 – 46
o
C.
• Giai đoạn 2: tạo liên kết ngang nối các phân tử gelatin lại với nhau thành
không gian 3 chiều, giai đoạn sảy ra khi dung dịch gelatin được làm nguội ở 8 –
10
o
C.
- Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dịch và dạng gel có tính thuận
nghịch. Trong quá trình tạo gel, amino acid của các chuỗi polypeptid tạo một hình
thể xoăn ốc khi làm nguội các vòn xoắn này được ổn định nhờ các cầu hydro giữa
các nhóm hydroxyl của acid amin và phân tử nước, tạo gel 3 chiều. Một đặc điểm
quan trọng của gel gelatin là có khả năng tan chảy ở nhiệt độ cơ thể tạo nên cảm
giác tan trong miệng. đây là một tính chất đặc biệt của gelatin so với các chất có khả
năng tạo gel khác và tính chất này giúp gelatin được ứng dụng trong nhiều trong
quá trình chế biến thực phẩm.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel và độ bền gel:
• Nhiệt độ tạo gel: nhiệt độ càng cao thì khả năng khuếch tán của nước
càng mạnh. Ở nhiệt độ < 20
o
C, dù hàm lượng gelatin rất thấp vẫn có khả năng tạo
gel. Ở nhiệt độ trong khoảng 20 – 30
o
C, dung dịch gelatin vừa tồn tại ở dạng gel,
vừa ở dạng dịch nhớt, vừa dịch lỏng, phụ thuộc vào nhiệt độ và hàm lượng gelatin.
Nhiệt độ > 35
o
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. Nhiệt độ gel càng thấp thì
gel càng có độ bền càng lớn.
• Thời gian tạo gel: thời gian tạo gel còn được gọi là thời gian trưởng
thành. Thời gian tạo gel càng dài thì các liên kết ngang hình thành càng nhiều và
càng ổn định nên độ bền gel sẽ càng lớn.
• Nồng độ dung dịch tạo gel: trong dung dịch gelatin, nồng độ gelatin càng
cao thì gel tạo thành có độ bền càng lớn.
• pH dung dịch tạo gel: gelatin có giá trị pH càng gần điểm đẳng điện thì
khả năng khuếch tán nước vào càng cao. Tại điểm đẳng điện thì khả năng khuếch
tán nước là cao nhất, gelatin trương nở nhanh nhất và khối gel tọa thành có độ bền
gel cao nhất. Nguyên nhân do ở pI các protein trung hòa về điện, các mạch gelatin
sẽ dễ tiến lại gần nhau tạo liên kết với nhau.

14
• Các thành phần khác trong dung dịch tạo gel: Trong các sản phẩm thực
phẩm, gelatin thường được dùng phối hợp với các chất khác để làm thay đổi khả
năng tạo gel và độ bền gel của khối gel tạo thành theo yêu cầu của sản phẩm, ví dụ:
trong dung dịch đường khi nồng độ đường trong hỗn hợp đường – gelatin < 30% thì
hỗn hợp có khả năng tạo gel yếu và khi nồng độ hỗn hợp trên tăng > 30% thì hỗn
hợp có tính chất của một chất lỏng. Trong dung dịch có pectin thì gel tạo thành
mềm hơn và ít dai hơn. Trong dung dịch có agar thì gelatin tạo gel tốt hơn vì agar
đóng vai trò là chất hỗ trợ, chất nền cho quy trình hòa tan gelatin. Nhưng khi nồng
độ gelatin quá cao (cao hơn 2,5% ) thì vai trò này bị đảo ngược lại khối gel tạo
thành từ hỗn hợp agar – gelatin cứng và bền hơn so với gel tạo thành từ gelatin
nhưng lại mềm hơn gel tạo từ agar.
Tính hòa tan của gelatin.
- Gelatin tan một phần trong nước, gelatin khô sẽ phồng lên hay ngậm nước
khi khuấy ở trong nước ( hỗn hợp không chứa quá 34% gelatin). Ở nhiệt độ 40
0
C

gelatin và với thời gian là 30 phút, gelatin sẽ hòa tan hoàn toàn tạo thành dung dịch
đồng nhất. Mức độ hòa tan của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và kích
thước phân tử.
- Gelatin tan trong các dung môi polyhydric alcohols như: glycerol
propylene, glycol, sorbitol…những dung môi này sử dụng để làm giảm độ cứng của
các tấm gelatine phim.
- Gelatin không tan trong alcohols, acetone, cacbon tetrachloride, benzen,
petroleum và hầu hết trong các dung môi hữu cơ không phân cực.
Tính ổn định gelatin.
- Gelatin khô được bảo quản trong điều kiện kín ở nhiệt độ phòng có thể bảo
quản trong nhiều năm.
- Tính ổn định của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ và pH. Sự giảm độ bền
gel và độ nhớt theo thời gian có thể hạn chế nếu giữ gelatin trong giới hạn pH từ 5-7
và nhiệt độ thấp.
- Duy trì tính ổn định là chức năng của pH và các chất điện giải trong dung
dịch gelatin và nó sẽ giảm khi nhiệt độ tăng.
- Dung dịch hoặc gel gelatin có tính mẫn cảm với vi khuẩn và các enzym
phân hủy protein.

15
Tính đông đặc.
- Gelatin có tính chất hình thành gel- dung dịch thuận nghịch. Nhiệt độ đông
đặc phụ thuộc vào hàm lượng proline và hydroproline.
- Gelatin có nguồn gốc từ gia súc có nhiệt độ tạo gel cao 30 - 35
0
C.
- Gelatin da cá, hàm lượng proline và hydroproline thấp có nhiệt độ tạo gel
thấp 8 - 10
0
C [6].

2.1.2.5 Phân loại gelatin
* Gelatin được chia làm 2 loại: loại A và B.
Gelatin loại A là gelatin được chế biến theo phương pháp acid, tức gelatin có
nguồn gốc từ heo. Da heo được cạo lông, khử mỡ, ngâm trong acid mạnh như HCl,
H
2
SO
4
hay H
3
PO
4
trong 8 – 30 giờ ở pH 1- 4 để trương nở. Da heo đã xử lý acid
được rửa nước để loại tạp rồi chiết với nước nóng. Phần chiết xuất được lọc qua cột
trao đổi ion để loại khoáng và giảm hàm lượng tro, sau đó được cô đặc bằng
phương pháp chân không hay siêu lọc đến nồng độ 15 – 35%, chỉnh pH đến 3,5 – 6,
bay hơi để hàm lượng rắn đạt 50 %, khử trùng ở 120 – 150
o
C trong 13 giây [6].
Gelatin loại B là gelatin được chế biến theo phương pháp kiềm, tức là gelatin
có nguồn gốc từ trâu bò, chủ yếu là da và xương. Xương được nghiền, nấu ở 80 –
120
o
C, li tâm và làm khô ở 70 – 130
o
C. Tiếp theo, xương được khử mỡ, rồi khử
khoáng với HCl 4 – 6% trong 5 – 7 ngày, rửa thật sạch với rất nhiều nước. Sau đó,
xương được ngâm vào vôi 1 – 4% để chỉnh pH đạt 12 – 12,7 trong vòng 35 – 70
ngày kèm theo khuấy trộn và thay dung dịch vôi hàng tuần để tách hoàn toàn thành
phần phần collagen. Rửa xương bằng nước với tỉ lệ 50 – 100 kg nước/ kg gelatin.

Trong quá trình rửa, acid vô cơ được thêm vào (HCl hay H
2
SO
4
) để trung hòa kiềm
dư và chỉnh pH đến 3, pH cuối của công đoạn rửa là 5 – 7. Gelatin được tách khỏi
xương bằng nước nóng không khoáng. Để tăng độ tinh khiết, gelatin được đem lọc
và qua cột trao đổi ion, sau đó được cô đặc đến nồng độ 15 – 45 %, chỉnh pH đạt 5
– 7, khử trùng ở 138 – 143
o
C từ 8–12 giây, để nguội và làm khô bằng không khí
nóng trong 1 – 3 giờ. Sản xuất gelatin theo công nghệ này có thể mất 20 tuần
(Poppe, 1997).