Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM
(((

BÀI TIỂU LUẬN MÔN: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN.
ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT COLLAGEN.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

GVHD: TH.S Nguyễn Thị Thanh Bình
ĐHTP8ALT – Nhóm 10

TPHCM

LỜI MỞ ĐẦU.
Collagen là một dạng protein cấu trúc sợi dài và hầu hết các chức năng của nó khác
với dạng protein phổ biến là enzym (cấu trúc collagen). Những bó collagen hay còn
gọi là sợi collagen là thành phần chính của thể nền màng tế bào cấu tạo nên hầu hết
các mô và cấu trúc bên ngoài tế bào, nhưng collagen cũng được tìm thấy trong tế bào.
collagen có cường độ kéo đứt lớn và là thành phần chính của gân, sụn, xương, dây
chằng, da. Collagen tạo ra sự đàn hồi của da và nếu nó thoái hóa sẽ gây ra nếp nhăn
tuổi già.
Trong quá trình triết ly collagen có công đoạn thủy phân. Quá trình này tạo ra ollagen
thủ phân, được gọi là collagen hydrolysate. Tùy theo mức độ thủy phân mà collagen
có ứng dụng khác nhau. Collagen hydrolysate được ứng dụng phổ biến trong công
nghệ thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và công nghiệp nhiếp ảnh. Chúng được sử
dụng như chất đông, chất gây lắng trong thực phẩm. Chúng được dùng như chất thay

thế cao su, keo dán, xi măng, mực in nhân tạo, là chất tạo kết dính trong diêm quẹt,
trong bộ lọc sáng của đèn thủy ngân,…
Hiện nay, sự phát triển mạnh về collagen với những ứng dụng phong phú đã thực sự
có ích cho cuộc sống con người.
Nhóm chúng em được phân công tìm hiểu về quy trình sản xuất collagen.
Bài tiểu luận còn nhiều khiếm khuyết do kiến thức và sự hiểu biết có hạn, rất mong nhận được sự
góp ý của quý thầy cô.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ SẢN XUẤT.
Dựa trên cơ sở tan trong acid acetic của collagen ta có thể ly tâm để tách
collagen ra khỏi phần bã để thu được dung dịch có chứa collagen.
Trong dung dịch muối trung tính cùng với gốc –COOH và –NH 2 collagen tao
thành các hợp chất muối tủa. Do tính chất tủa trong NaCl của collagen nên có thể sử
dụng NaCl để tủa phần dung dịch có chứa collagen và lấy phần tủa bằng phương pháp
ly tâm.
Để thu được collagen sạch tiếp tục hòa tan phần tủa vào acid acetic.
Tính chất protein hòa tan thành dung dịch keo không đi qua màng bán thấm nên sử
dụng màng bán thấm để thu nhận collagen tinh sạch.
Màng bán thấm có tính chất chỉ cho các chất có phân tử nhỏ đi qua còn protein
là đại phân tử sẽ bị giữ lại. Dung dịch rửa sẽ thấm qua màng vào dung dịch keo, trong
khi đó các ion và các phân tử nhỏ sẽ chuyển vào dung dịch rửa có nông độ thấp hơn.
Như vậy thường xuyên thay dung dịch rửa ta sẽ thu được collagen tinh sạch.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU.
2.1 . Giới thiệu sơ lược về Collagen:
Collagen là loại protein cấu trúc chính yếu, chiếm khoảng 30% tổng lượng
protein trong cơ thể ở các động vật có xương sống. Collagen có nhiều trong gân, da,
xương, hệ thống mạch máu của động vật và có mặt trong các lớp màng liên kết bao
quanh các cơ. Khoảng 10% protein trong cơ ở động vật có vú là collagen; các protein
ngoại bào (hơn 90% trong gân, xương và khoảng 50% trong da) có chứa collagen. Nó
có tác dụng giống như một chất keo liên kết các tế bào lại với nhau để hình thành các
mô và cơ quan nền tảng trong cơ thể.
Collagen cung cấp cho các mô liên kết những đặc tính nổi trội nhờ vào sự hiện
diện rộng khắp và sự sắp xếp mang tính cấu trúc của nó. Nó phân bố khắp nơi trong
cơ thể, từ chỗ gân nối bắp chân với gót chân cho tới giác mạc. Trong gân và dây
chằng, collagen có tác dụng truyền lực từ cơ sang xương và tích trữ năng lượng đàn
hồi. Sự di chuyển nhịp nhàng, uyển chuyển sẽ không thể thực hiện được nếu thiếu
những tính chất này. Collagen còn là chất nền hữu cơ có trong xương và men răng
giúp chúng chống lại sự rạn nứt. Nó là thành phần chính trong da, mạch máu, các cơ.
Collagen không chỉ có chức năng cơ học, chẳng hạn như ở giác mạc, trật tự cấu trúc
của các sợi collagen tạo nên sự trong suốt.
Collagen được xem như một vật liệu mang tính xây dựng. Sự linh hoạt của nó là
nhờ vào cấu trúc cấp bậc phức tạp, tạo nên sự đa dạng trong tính chất nhằm phục vụ
những chức năng nhất định.
2.2 . Cấu trúc của collagen:
2.2.1. Cấu trúc phân tử của collagen:
Phân tử collagen (hay còn gọi là tropocollagen) là một protein hình trụ, dài
khoảng 300 nm, đường kính khoảng 1,5 nm.

1.5 nm

300 nm


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Hình 2.1 Cấu trúc của phân tử collagen (triple helix).
Nó bao gồm 3 chuỗi polypeptide (gọi là chuỗi ) cuộn lại với nhau. Mỗi chuỗi 
cuộn thành đường xoắn ốc theo hướng từ phải sang trái với 3 gốc trên một vòng xoắn.
Ba chuỗi này xoắn lại với nhau theo hướng từ trái sang phải tạo thành đường bộ ba
xoắn ốc.

Hình 2.2 Sự hình thành chuỗi xoắn ốc nội phân tử và giữa các chuỗi polypeptide.
Mỗi chuỗi polypeptide có khối lượng phân tử khoảng 100 kDa, tạo nên tổng khối
lượng phân tử của collagen khoảng 300 kDa. Chuỗi  được cấu tạo bởi khoảng 1000
amino acid. Các chuỗi  khác nhau (1, 2 và 3) ở thành phần amino acid. Sự phân
bố của các chuỗi 1, 2 và 3 trong các phân tử collagen khác nhau tùy thuộc vào sự
khác nhau về gene.
Collagen không có chứa tryptophan, giàu thành phần glycine, proline và
hydroxyproline, là một trong số ít những protein có chứa hydroxylysine. Nó chứa
khoảng 33% glycine, 12% proline và 11% hydroxyproline. Các amino acid sắp xếp
trong chuỗi xoắn ốc theo các dãy với sự phân bố như sau:
Bảng 2.1 Sự phân bố các amino acid trong chuỗi polypeptide.
Triplet
Gly – X – X

Tỉ lệ
0,44

Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Gly – X – I

0,2

Gly – I – X

0,27

Gly – I – I

0,09

2.2.2. Cấu trúc sợi của collagen:
Phần lớn collagen trong mạng lưới ngoại bào được tìm thấy ở dạng sợi, bao gồm
những sợi mảnh, nhỏ. Thông qua quá trình tạo sợi, các phân tử collagen tổ hợp với
nhau hình thành nên các vi sợi (microfibril) bao gồm từ 4  8 phân tử collagen hoặc
với số lượng nhiều hơn sẽ tạo thành các sợi (fibril). Những sợi này có đường kính từ
10  500 nm tùy thuộc vào loại mô và giai đoạn phát triển. Các sợi collagen sẽ thiết
lập nên các sợi lớn hơn (fiber) và cao hơn nữa là các bó sợi (fiber bundle).

Hình 2.3 Cấu trúc sợi của collage.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Phân tử collagen, dài 300 nm, đường kính vòng xoắn 1,5 nm

Chuỗi polypeptide

Tổ hợp thành
vi sợi

Tổ hợp thành
sợi

Tổ hợp thành
bó sợi

Hình 2.4 Quá trình tổ hợp tạo sợi của các phân tử collagen.
Các chuỗi collagen sắp xếp song song theo chiều dọc tạo thành các sợi với tính
chu kỳ nhất định. Chúng được sắp xếp so le nhau một khoảng 67 nm và có một
khoảng trống khoảng 40 nm giữa những phân tử liền kề nhau.
Nhờ vào cấu trúc có thứ bậc, độ bền vốn có của các chuỗi xoắn ốc được chuyển sang
các sợi collagen, cung cấp cho các mô độ cứng, độ đàn hồi và những đặc tính cơ học
riêng biệt.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

b

a
Hình 2.5 Hình ảnh của bó sợi (a) và sợi (b) collagen.
Sợi collagen là các tổ hợp có cấu trúc bán kết tinh của các phân tử collagen. Các
vi sợi kết hợp tạo nên sợi lớn hơn. Các sợi collagen được sắp xếp với những cách thức
kết hợp và mức độ tập trung khác nhau trong các mô khác nhau để cung cấp các đặc
tính khác nhau của mô.
2.3 . Phân loại collagen:
Tính đến thời điểm hiện tại, có 42 loại chuỗi polypeptide được nhận dạng. Chúng
được mã hóa bởi 41 loại gene khác nhau, tạo thành 27 loại collagen. Họ collagen được
phân loại thành những phân họ khác nhau dựa vào sự tổ hợp của các siêu phân tử
Error: Reference source not found.

Hình 1.8 Một vài dạng sinh học của collagen.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Hiện tại, có ít nhất khoảng 13 loại collagen đã được trích chiết. Chúng khác nhau về
chiều dài của chuỗi xoắn ốc cũng như bản chất và kích cỡ của những phần không xoắn
ốc.
Bảng 2.2 Kết cấu chuỗi và sự phân bố của các loại collagen trong cơ thể người.
Loại collagen

Kết cấu chuỗi

I

(1(I))22(I), trimer (1(I))3

II

(1(II))3

III

(1(III))3

IV

(1(IV))22(IV)
1(V) 2(V) 3(V) hoặc

V

(1(V))22(V) hoặc

VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
XIII

(1(V))3
1(VI) 2(VI) 3(VI)
(1(VII))3

Chưa biết
1(IX) 2(IX) 3(IX)
(1(X))3
1(XI) 2(XI) 3(XI)
(1(XII))3
Chưa biết

Phân bố
Da, gân, xương, giác mạc, men răng,
sụn, mạch máu
Mạch máu, van tim, hạ bì, ruột, nướu
răng, thành tử cung
Màng nhầy
Giác mạc, xương, mạch máu, sụn,
nướu răng
Da, cơ tim
Da, phổi, sụn, giác mạc, nhau
Tạo ra từ tế bào màng trong
Sụn
Sụn
Sụn, đĩa đệm cột sống, dịch thủy tinh
Gân, dây chằng
Da, xương

Hơn 90% collagen trong cơ thể là các collagen loại I, II, III và IV. Những bệnh tật
liên quan đến collagen là do sự khuyết tật về gene ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp, sự
sắp xếp cũng như các quá trình khác trong sự sản sinh collagen một cách bình thường.

1.1 Thành phần các acid amin có trong collagen:
Mỗi loại collagen gồm có hàng nghìn cấu trúc amino acid, chủ yếu gồm có glycine,

proline, hydroxyproline. Collagen không chứa tryptophan, và là một trong số ít các
protein chứa hydroxylysine. Các amino acid sắp xếp trong chuỗi xoắn ốc theo các dãy
với sự phân bố như sau:


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Bảng2.3: Sự phân bố các amino acid trong chuỗi polypeptide.
1.2 Tính
chất
collagen:

của

2.5.1. Tác dụng với
nước:
Collagen không hòa tan
trong nước mà nó hút nước để nở ra, cứ 100g Collagen khô có thể hút được khoảng
200g nước. Collagen kết hợp với nước nở ra trong nước, độ dày tăng lên chừng 25%
nhưng độ dài tăng lên không đáng kể, tổng thể tích của phân tử collagen tăng lên 2 – 3
lần.
2.5.2. Tác dụng với acid, kiềm:
Collagen có thể tác dụng với acid và kiềm, do trên mạch của collagen có gốc carboxyl
và amin. Hai gốc này quyết định hai tính chất của nó. Trong điều kiện có acid tồn tại,
ion của nó tác dụng với gốc amin, điện tích trên carboxyl bị ức chế (hình thành acid
yếu có độ ion hóa thấp). Trái lại gốc amin bị ion hóa tạo NH3+.
Ngoài ra acid và
kiềm còn gây ra

1 số biến đổi là :
-

Cắt đứt
mạch
muối
(liên kết
giữa –
NH3+ và
COO-)

làm đứt mạch peptide trong mạch chính.
-

Làm đứt liên kết hydrogen giữa gốc –CO, NH- của mạch xung quanh nó.

-

Làm acid amin bị phân hủy giải phóng ra ammoniac.

Collagen phân giải biến thành gelatin, căn cứ vào giả thuyết của Hofmeister phản ứng
sẽ tiến hành như sau:


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Nếu xử lý trong điều kiện nhiệt độ cao và có nước thì keo dễ tiếp tục biến đổi thành

Do đó nếu muốn
sản xuất gelatin
thì ta phải khống
chế nhiệt độ thích hợp cho chất lượng của gelatin được đảm bảo
2.5.3. Các tính chất khác của collagen:
- Khả năng tạo nhũ tương:
Là một protein không tan, collagen có thể có ít dấu hiệu cho thấy là một chất nhũ
hóa. Tuy nhiên, thực ra collagen có nguồn gốc từ da sống được xử lý và biến tính ở
mức độ khác nhau có thể là một chất nhũ hóa tốt hơn sữa gầy.
2. Khả năng hòa tan:
Collagen tan trong glycerin, acid acetic, ure nhưng không tan trong nước lạnh.
Collagen cũng đã được phân chia thành bốn lớp trên cơ sở tính hòa tan trong các dung
dịch đệm khác nhau: tan trong muối trung tính, tan trong acid, tan trong kiềm, và
không tan trong kiềm.
3. Sự biến tính:
Dưới tác dụng của các chất hóa học như acid, base, muối, các dung môi alcohol,
và các tác nhân vật lý như khuấy trộn cơ học, nghiền, tia cực tím... các cấu trúc bậc
hai, ba và bậc bốn của protein bị biến đổi làm cho các liên kết hydro, các cầu nối
disunfit, các liên kết ion bị phá vở nhưng không phá vỡ liên kết peptide, tức là cấu
trúc bậc một vẫn giữ nguyên, protein sẽ thay đổi tính chất so với ban đầu. Đó là hiện
tượng biến tính protein. Sau khi bị biến tính, protein thường có các tính chất sau:





-

Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kị nước vốn ở bên trong phân tử protein.
Hoạt tính sinh học ban đầu mất đi.

Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzyme protease do làm xuất hiện các
liên kết peptide ứng với trung tâm hoạt động của protease.
Tăng độ nhớt nội tại.
Mất khả năng kết tinh.
Tính kị nước:

Do các gốc kị nước của các acid amin trong chuỗi polypeptide của protein hướng
ra ngoài, các gốc này liên kết với nhau tạo liên kết kị nước. Độ kị nước có thể giải
thích là do các acid amin có chứa các gốc R- không phân cực nên nó không có khả
năng tác dụng với nước. Tính kị nước sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến tính tan của protein.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

4. Tính chất của dung dịch keo:
Khi hòa tan protein thành dung dịch keo thì nó không đi qua màng bán thấm. Hai
yếu tố đảm bảo độ bền của dung dịch keo là:


Sự tích điện cùng dấu của các protein.
 Lớp vỏ hydrat bao quanh phân tử protein.
Khi dung dịch keo không bền, chúng sẽ kết tủa, có hai dạng kết tủa: kết tủa
thuận nghịch và không thuận nghịch:


Kết tủa không thuận nghịch: Sau khi chúng ta loại bỏ các yếu tố gây kết tủa thì
protein không trở về trạng thái dung dịch keo bền vững như trước nữa
 Kết tủa thuận nghịch: Sau khi chúng ta loại bỏ các yếu tố gây kết tủa thì protein

vẫn có thể trở lại trạng thái dung dịch keo bền như ban đầu.
5. Tính chất điện ly lưỡng tính:
Protein có tính chất lưỡng tính vì trong acid amin có chứa cả gốc acid (COO-) và
gốc base (NH2-). Cả acid amin và protein đều có tính chất lưỡng tính.
5.1 Các nguồn nguyên liệu có chứa collagen:
Collagen chứa trong hầu hết các bộ phận của cơ thể như mô, gân, xương, tủy,
da… của các loại động vật như cá nước ngọt, cá nước mặn, ếch, cá xấu, lợn, bò ,
trâu… tuy nhiên do ở nước ta lượng xuất khẩu cá tra, cá basa là rất lớn do đó lượng
phế phẩm là da cá là rất lớn, lúc trước nó chỉ dùng làm thức ăn chăn nuôi nên giá trị
của nó là không cao do đó trích ly collagen từ da cá tra là 1 hướng đi mới và đầy tiềm
năng
2.7. Gelatin:
Từ gelatin đã trở nên phổ biến từ những năm 1700, được bắt nguồn từ tiếng Latinh
gelatus, nghĩa là màng hay chất làm đông. Hiện nay có nhiều cách khác nhau để
định nghĩa gelatin.
 Thành phần hóa học của gelatin:
Phân tử gelatin bao gồm:
-

85.90% protein

-

0.52% muối khoáng

-

8.13% nước

Thành phần protein trong gelatin có gần đầy đủ các loại acid amin, ngoại trừ

tryptophan và cystein chỉ đôi khi tìm thấy dạng vết. Tỉ lệ giữa các acid amin có thể
khác nhau, phụ thuộc vào nguyên liệu và phƣơng pháp sản xuất. Các acid amin liên
kết với nhau theo liên kết peptide tạo thành phân tử gelatin.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Mặc dù có gần đủ các loại acid amin nhưng gelatin không phải là một hệ protein hoàn
chỉnh. Khi so sánh với hệ protein trứng hay sữa thì gelatin có một hệ protein không
hoàn chỉnh và chưa cân đối.
Gelatin có nguồn gốc từ thịt, cá, thực vật.
Khi dùng gelatin trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, tính chất công nghệ là của
gelatin là yếu tố được quan tâm hàng đầu. Các tính chất này ảnh hưởng tới chất lượng
sản phẩm, khả năng ứng dụng của gelatin vào các loại sản phẩm khác nhau. Vì vậy
cần phải nghiên cứu đầy đủ, sâu sắc các tính chất công nghệ của gelatin nhằm nâng
cao khả năng ứng dụng của gelatin.
 Tính chất vật lí:
Gelatin là chất rắn dạng miếng, vảy, bột hoặc hạt, không mùi, không vị, trong
suốt, có màu từ vàng nhạt đến màu trắng. Ở nhiệt độ và độ ẩm bình thường, gelatin
chứa từ 912% ẩm và có tỉ trọng riêng từ 1.3 - 1.4. Các hạt gelatin rắn khi ngâm trong
nước sẽ hút nước và trương nở.
Gelatin được điều chế ở điều kiện nhiệt độ cao, các nhóm amide bị thuỷ phân và
cấu trúc chuỗi xoắn ốc collagen bị phá huỷ. Cấu trúc của gelatin không có trật tự và
khối lượng phân tử phân bố trong một khoảng rộng là cho sự tái tạo sợi không thể xảy
ra. Thêm vào đó, sự tổ hợp của các đơn phân collagen trong quá trình tạo sợi liên quan
đến sự tương tác tĩnh điện, kỵ nước qua lại giữa các chuỗi collagen. Quá trình điều
chế collagen dựa vào sự gia tăng của các điện tích âm, điều này góp phần làm cho sự
tương tác giữa các phân tử khó khăn do lực đẩy giữa các điện tích âm. Do đó, gelatin

không có khả năng hình thành sợi.
Ứng dụng:
Với những đặc tính của gelatin như đã trình bày thì so với nhiều loại phụ gia khác có
tính chất tương tự thì gelatin có nhiều ưu điểm hơn.
Gelatin được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Quan trọng nhất là trong
công nghệ thực phẩm, rồi đến ngành dược phẩm. Ngoài ra còn phải kể đến các ngành
như điện ảnh, mỹ phẩm, sơn, chất dán,….
Trong phạm vi ngành công nghệ thực phẩm:
Gelatin được sử dụng rộng rãi vì tính chất vật lí của nó hơn là giá trị dinh dưỡng của
một protein.
Trong chế biến kẹo:
-

Gelatin, agar, pectin: kết cấu dòn, dễ vỡ.

-

Gelatin, tinh bột biến tính: kết cấu kém đàn hồi.
Gelatin, gum Arabic: kết cấu cứng, chắc.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen
-

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Gelatin được sử dụng như một phụ gia tạo cấu trúc trong công nghiệp sữa và
các sản phẩm từ sữa.

Các sản phẩm thịt giữ một vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm ở nhiều

quốc gia. Gelatin thu được từ nguyên liệu động vật và có thể xem như một thành phần
tự nhiên của protein thịt trong các sản phẩm từ thịt…

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT COLLAGEN.
3.1 . Quy trình:
Da cá Basa

Rửa

Xử lý

Bã

Acetic
0.5%

Xay nhỏ

Trích ly

Lọc

Ly tâm

Nacl

Kết tinh

Cặ
n

Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Collagen

Quy trình sản xuất collagen từ cá basa.

3.2 . Thuyết minh quy trình:
Quy trình trên được thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm.
 Nguyên liệu:
-

-

Xuất xứ: da cá Basa được mua từ Công ty TNHH Thuỷ Sản Bình An (Binh An
Seafood Joint Stock Company), Lô 2.17, Khu Công Nghiệp Trà Nóc II, TP.
Cần Thơ.
Da cá được tách ra bằng phương pháp cơ học ở nhà máy. Sau khi mua về, ta
rửa sạch bằng nước, loại bỏ sơ bộ các phần mỡ còn sót lại trên da và tồn trữ ở
khoảng -200C cho đến khi sử dụng.
 Rửa:
Da cá được đem đi rửa sạch bằng nước thường.

Mục đích: loại bỏ tạp chất, đất, cát còn lẫn trong da, ảnh hưởng đến sản phẩm
trong quá trình chế biến.
 Xử lý:
-

Để thu được collagen không có mùi, da cá nguyên liệu cần phải được loại
loại bỏ các chất béo. Ta áp dụng phương pháp của Gudmundsson và
Hafsteinsson (1997), phương pháp được trình bày như sau:

-

Da cá Basa sau khi được rửa sơ bộ với nước sẽ được tiếp tục xử lý với lần
lượt 3 loại dung dịch (NaOH 0,2%, H 2SO4 0,2% và Citric Acid 0,7%) với tỉ
lệ da : dung dịch là 1:10 (g/ml) nhằm mục đích thu được collagen không
mùi. Với mỗi loại dung dịch, da cá được xử lý qua 3 lần, mỗi lần tương ứng
với thời gian là 1h. Sau mỗi lần xử lý, da phải được rửa sạch dưới vòi nước
đến khi đạt pH = 7 trước khi tiến hành ngâm lần tiếp theo. 0,5% chất hoạt
động bề mặt (LasNa) được thêm vào tất cả các dung dịch sử dụng trong quy
trình nhằm nâng cao khả năng loại mùi.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen
-

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Tuy nhiên, theo lý thuyết quy trình này có thể làm mất đi một lượng
collagen. Ta tiến hành thêm một quy trình dựa trên nguyên tắc của quy trình
trên nhưng không sử dụng acid để rửa. 2 mẫu da của 2 quy trình xử lý (có
dùng acid và không dùng acid) sẽ được đối chứng với nhau.

Mục đích: da cá phải được tách béo thuận lợi cho quá trình sau.
 Xay nhỏ:
Sau khi xử lý da cá được đem đi xay nhuyễn bằng máy xay.

Mục đích: Xé nhỏ, làm nhuyễn da cá tạo điều kiện cho quá trình trích ly được
triệt để.
 Trích ly:
Quá trình trích ly collagen được thực hiện ở nhiệt độ 4 0C trong 24, 48 và 72 h
với dung dịch có nồng độ 0,5 M của các acid citric và acetic. Với mỗi loại acid,
collagen được trích theo phương pháp toàn phần (A) và từng phần (B).
-

Phương pháp toàn phần (A): da cá được trích trong dung dịch acid một lần duy
nhất ứng với các mốc thời gian 24, 48 và 72 h.
- Phương pháp từng phần (B): da cá được tiến hành trích qua nhiều lần, mỗi lần
24 h, sau đó lượng collagen thu được ở các lần trích được gộp lại để tính hiệu
suất.
Mục đích: trích chiết hết thành phần cần thiết để tạo sản phẩm, tạo điều kiện
cho quá trình lọc.
 Lọc: Sau khi trích ly thu được dịch lọc.
Mục đích: làm sạch dịch sau khi trích ly, tạo điều kiện cho quá trình ly tâm.
 Ly tâm: dịch lọc được đem đi ly tâm để tách dịch lọc.

Mục đích: tách lấy phần chất rắn cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình
kết tinh.
 Kết tinh:
Collagen kết tinh (collagen hòa tan trong acid) được tách ra bằng phương pháp ly tâm
với vận tốc 5.000 vòng/phút trong 90 phút, sử dụng máy ly tâm Hermle Z 200A. Để
thu được collagen tinh khiết hơn, phần collagen kết tinh được hòa tan lại trong acetic
acid 0,5 M và kết tinh lại theo các bước miêu tả ở trên. Quá trình kết tinh lại được lặp
lại 2 lần.
Mục đích: hoàn thiện sản phẩm theo yêu cầu.

Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

 Collagen thành phẩm: đạt chất lượng theo yêu cầu.
 Thiết bị:


Cân hai số

 Máy xay Philips HR 1361
 Máy đo độ ẩm Sartorius MA 35
 Máy ly tâm Hermle Z 200A
 Máy so màu CR - 300
 Máy đo độ nhớt Brookfield HDBV – II
 Máy quang phổ Varian Carry
3.3 . Đánh giá chất lượng sản phẩm:
3.3.1. Nhận xét trên nguồn nguyên liệu:
Cá Basa là loài cá tăng trưởng nhanh, giàu dinh dưỡng và có giá trị xuất khẩu cao.
Ở nước ta, đặc biệt là vùng Đồng bằng sông Cửu Long, việc nuôi cá Basa rất phát
triển. Mặt hàng xuất khẩu chủ yếu là fillet cá, lượng xuất khẩu khoảng 30.000 
35.000 tấn fillet/năm. Trong quá trình chế biến cá, da là nguồn phụ phẩm chiếm khối
lượng khoảng 0,5%. Như vậy, ta có khoảng 1.500 1.750 tấn da/năm. Nếu được tận
dụng làm nguồn nguyên liệu dùng trong việc sản xuất collagen thì giá trị kinh tế của
da cá Basa, vốn dĩ trước đây chỉ làm thức ăn gia súc hay phân bón, sẽ được nâng lên.
Về mặt cấu tạo, da cá Basa cũng có lớp biểu bì (epidermis) và lớp bì (dermis) như da
người nên collagen có nguồn gốc từ da cá được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực của đời sống.
3.3.2. Nhiệt độ biến tính:
Nhiệt độ biến tính của collagen từ da cá Basa là khoảng 37,5 0C, cao hơn so với

collagen tu được từ những loài cá đã được nghiên cứu như cá tuyết (15 0C), cá thu
(26,1 0C), cá chép (32,5 0C), cá rô (36,5 0C). Nhiệt độ biến tính cao của collagen từ da
cá Basa là do cấu trúc da của nó có chứa nhiều thành phần imino acid (proline và
hydroxyproline).
Hàm lượng imino acid, đặc biệt là hydroxyproline, phụ thuộc vào nhiệt độ môi
trường sống của cá và nó có ảnh hưởng lên sự bền nhiệt của collagen. Collagen có
nguồn gốc từ các loài cá sống trong môi trường nước lạnh có thành phần
hydroxyproline thấp hơn so với những loài sống ở vùng nước ấm. Các imino acid,
proline và hydroxyproline, có trong các liên kết hydrogen giữa các chuỗi. Các liên kết
này góp phần làm ổn định cấu trúc chuỗi xoắn ốc của collagen.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Cá Basa là loài cá sống ở vùng nước ấm nên có chứa nhiều hydroxyproline nên
nhiệt độ biến tính cao.
3.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của collagen:
 Độ tuổi của động vật:
Độ tuổi của cá ảnh hưởng đến các mô liên kết cũng như số lượng, chất lượng của
các protein cơ bản của nó. Số lượng liên kết trong collagen gia tăng theo độ tuổi.
 Chế độ ăn uống:
Ở một số loài cá, lượng collagen và số lượng liên kết trong nó gia tăng cùng với
sự thiếu thốn thức ăn. Theo nghiên cứu, những con cá thiếu ăn sẽ sản sinh ra nhiều
collagen, đặc biệt là collagen có nhiều liên kết, hơn là những con được ăn uống đầy
đủ.
 Thành phần amino acid:
Khả năng bền nhiệt của collagen liên quan đến thành phần amino acid (proline và
hydroxyproline). Thành phần amino acid càng cao thì cấu trúc chuỗi xoắn ốc của

collagen càng ổn định.
 Sự hình thành sợi của collagen:
Collagen có thể kết hợp lại tạo thành sợi dưới những điều kiện sinh lý học. Những
loại collagen khác nhau với những cấu trúc khác nhau của các chuỗi xoắn ốc ảnh
hưởng đến thời gian và mức độ tạo sợi. Những quy trình điều chế khác nhau của cùng
một loại collagen cũng cho những đáp ứng và điều kiện khác nhau trong quá trình tạo
sợi. Sự tái tạo sợi của collagen chịu ảnh hưởng của loại collagen, phương pháp trích ly
và điều kiện trong quá trình tạo sợi (chất đệm, nhiệt độ và nồng độ protein,…).
 Sản phẩm phụ của quy trình sản xuất collagen từ da cá Basa:
Sản phẩm chính của quy trình là collagen hoà tan trong acid . Phần dư còn lại còn
chứa một lượng collagen và được xem như là collagen không hoà tan. Thay vì làm tan
rã và chuyển thành vật liệu hòa tan, collagen với nhiều liên kết ngang có thể được
phân tán thành những huyền phù sợi màu trắng sữa bằng những tác nhân biến tính nhẹ
hoặc làm vụn bằng phương pháp cơ học ở điều kiện pH acid. Sợi collagen bền hơn với
sự thủy phân so với những thành phần khác trong mô không phải là collagen, được
tách khỏi trong suốt quá trình thủy phân và rửa. Trong những bước xử lý được bổ sung
thêm vào, vật liệu collagen có thể được dùng cho những ứng dụng hóa học như sự
acetyl hóa, sự methyl hóa hoặc có thể dùng để gắn kết với các polymer khác.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA COLLAGEN.
6.

. Trong công nghiệp thực phẩm:
Collagen được dùng để làm vỏ bao xúc xích, màng bọc kẹo, làm nguyên liệu sản
xuất một số loại thực phẩm dinh dưỡng, thực phẩm chức năng.

Hình 4.1: HANAMAI COLLAGEN: sản phẩm dạng bột, được trộn chung với đậu hủ hay
natto dùng trong bữa ăn của các phụ nữ Nhật.

-

Trong các sản phẩm phomat, người ta thêm vào một hàm lượng collagen
hydrolysate nhằm ngăn chă ăn sự mất nước. Ngoài ra, trong sản phẩm bơ sữa,
collagen đóng vai trò quan trọng trong viê ăc tạo đô ă mịn, đô ă sánh cho sản phẩm,
cũng như thay thế hàm lượng chất béo trong các loại thực phẩm này.

-

Trong sản phẩm kẹo dẻo, sự có mặt của collagen hydrolysate cung cấp cho sản
phẩm đô ă dẻo, dai và mềm do chúng ngăn chặn sự kết tinh của đường. Các sản
phẩm như vỏ kẹo có chứa 0,5 ÷ 1% hàm lượng collagen hydrolysate với vai trò
làm giảm sự tan chảy.

-

Trong công nghiê ăp sản xuất kẹo mứt, collagen hydrolysate được sử dụng làm
chất tạo gel, chất kết dính, tạo xốp, làm châ ăm quá trình tan kẹo trong miê ăng.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

7.

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

-

Trong các sản phẩm như thịt hô ăp, thịt nguô ăi… Collagen hydrolysate chiếm từ
1 ÷ 5% giúp giữ hương vị tự nhiên của sản phẩm, đồng thời cũng là một chất
kết dính giúp cho việc tạo hình sản phẩm dễ dàng hơn.

-

Trong công nghiê ăp sản xuất rượu bia và nước hoa quả, collagen hydrolysate sử
dụng làm chất làm trong với tỉ lê ă 0,002 ÷ 0,15%. Nhờ vậy, sản phẩm khi làm ra
có màu sắc trong suốt và óng ánh.

-

Collagen có khả năng hấp thụ nước gấp 5 ÷ 10 lần thể tích của nó nên được sử
dụng trong công nghiê ăp sản xuất đồ hô ăp để tránh hiê ăn tượng rỉ nước.
. Trong mỹ phẩm:

Collagen tạo ra một hệ thống nâng đỡ, hỗ trợ các đặc tính cơ học của da như sức
căng, độ đàn hồi, duy trì độ ẩm, làm cho da được mịn màng, tươi tắn và trẻ trung.
Collagen giúp duy trì độ ẩm tối ưu cho tế bào. Ngoài ra, collagen còn đảm bảo sắc tố
da, làm sáng màu da. Sự suy giảm về chất lượng, số lượng collagen sẽ dẫn đến da trở
nên khô, mất độ căng, đàn hồi và thúc đẩy quá trình lão hóa của cơ thể. Collagen đóng
vai trò quan trọng giúp cải thiện cấu trúc da, kích thích quá trình tái tạo của làn da,
phục hồi tế bào da bị tổn thương.
Chính vì vậy mà collagen được dùng làm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm như:
kem dưỡng da cao cấp, dầu gội, các sản phẩm dưỡng tóc cũng như các loại sữa tắm…
Collagen hydrolysate là thành phần trong các sản phẩm mặt nạ dưỡng da chúng kết
hợp với các tinh chất trong mật ong, dầu oliu , tinh dầu hoa hồng… có tác dụng dưỡng
ẩm cho da, tái tạo làn da mệt mỏi, bảo vệ da khỏi các tác nhân tia tử ngoại, khói bụi,

hóa chất… Vì thế da được trẻ hóa, tươi tắn.
Dưới tác dụng của các tác nhân tia tử ngoại, thuốc nhuộm tóc, thuốc duỗi tóc… tóc dễ
bị tổn thương, chẻ ngọn, mất đi vẻ bóng mượt. Trong các sản phẩm chăm sóc tóc
thường có bổ sung một lượng collagen hydrolysate có tác dụng bảo vệ cho tóc, phục
hồi hư tổn.

Hình 4.2: Tóc bị hư tổn và phục hồi sau khi sử dụng sản phẩm chăm sóc tóc có
chứa collagen hydrolysate.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Collagen còn được dùng điều trị phục hồi: thường được sử dụng trong trường hợp da
bị tổn thương hay trong giai đoạn tái tạo sau khi điều trị nám, mụn trứng cá, sẹo, rạn
da và tiêu da thừa sau khi giảm béo.

8.

. Trong y học và dược phẩm:
Collagen là một vật liệu có khả năng phân hủy sinh học, có tính tương thích sinh
học cũng như khả năng cầm máu nên có thể được chế tạo thành những dạng khác
nhau, là một loại vật liệu sinh học lý tưởng cho việc sản xuất các sản phẩm y học.
Màng collagen được sử dụng cho hàng loạt những ứng dụng như làm chất bịt kín sinh
học và cải thiện tính đáp ứng sinh học đối với những mô cấy. Collagen được sử dụng
như một hệ thống phân hủy sinh học cho ra các loại thuốc bao gồm thuốc tránh thai,
kháng sinh, insulin, hormone tăng trưởng… Collagen được sử dụng rộng rãi trong
phẫu thuật thẩm mỹ, chữa lành vết thương cho các bệnh nhân bị phỏng, tái tạo xương
và nhiều mục đích khác thuộc nha khoa, phẫu thuật, chỉnh hình. Collagen còn được

dùng trong việc xây dựng cấu trúc da nhân tạo để chữa trị cho các vết bỏng nghiêm
trọng.

(a)

(b)

(c)

Hình4.3: Collagen áp dụng trong việc điều trị vết bỏng ((a): vết bỏng mới trước khi sử dụng
collagen, (b): sau 3 ngày sử dụng, (c): sau 10 ngày sử dụng)

-

Collagen còn là phần nền giúp tích tụ calcium trong xương.

-

Collagen là một polyme tự nhiên, nó được dùng trong phẫu thuật tạo hình như
bơm môi, căng da mặt…


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

-

Collagen dạng sợi được dùng trong việc làm lành các vết thương, vết rạch
trong phẫu thuật.

-

Collagen dạng màng và lớp mỏng được sử dụng để giữ cố định các vật chất
sinh học chẳng hạn như nhân tố XI 11 trong máu, dùng trong sự tái tạo các mô,
nối kết lại võng mạc, làm màng thẩm tích máu, làm vật thay thế lớp màng cứng
của não. Nó còn được dùng cho việc tái tạo dây thần kinh, khôi phục màng nhĩ,
sụn và xương, kiểm soát sự chảy máu cục bộ, khôi phục tổn thương của gan, là
lớp màng chắn bảo vệ não, có tác dụng phục hồi các vết thương.

-

Dung dịch và huyền phù collagen được sử dụng dưới dạng có thể tiêm được
làm thông sự tắc nghẽn động mạch, chữa gãy xương, tái tạo tủy sống, trị đái
dầm, phục hồi chức năng trượt của gân.

-

Sự phát triển của tế bào với sự hỗ trợ của collagen trong việc nuôi cấy tế bào
vừa được nghiên cứu gần đây.

-

Collagen còn được sử dụng trong sản xuất bao con nhô ăng cứng và mềm. Nó có
tác dụng bảo vê ă thuốc chống những tác nhân có hại như ánh sáng và oxi.

-

Viên thuốc với vỏ bao collagen đảm bảo cho bê ănh nhân có thể nuốt viên thuốc
mô ăt cách dễ dàng.

-

Collagen còn được sử dụng để làm ra các gạc vô trùng sử dụng trong giải
phẩu…

-

Trong phẫu thuật nội soi, collagen hydrolysate được ứng dụng để bôi vào các
ống nội soi, có tác dụng bôi trơn.

-

Trong nha khoa, collagen được chế tạo thành các mảnh bọt biển (sponges),
chúng là một tác nhân cầm máu.

Hình 4.4: Collagen hydrolysate trong
các mảnh bọt biển sử dụng trong nha
khoa.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

KẾT LUẬN.
Collagen là một loại protein cấu trúc chính của cơ thể, có rất nhiều chức năng
trong cơ thể con người. Nó có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong những ngành quan
trọng như y học, công nghiệp và trong mỹ phẩm. Trong những năm gần đây, đã có
nhiều nghiên cứu trong việc tìm ra các nguồn thay thế nhằm đáp ứng nhu cầu collagen

của thị trường. Những phụ phẩm từ cá đã được chứng minh là nguồn thay thế lý tưởng
nhất cho việc cung cấp collagen.
Cá Basa là loài cá phổ biến ở Việt Nam, có giá trị kinh tế cao với sản lượng nuôi
và xuất khẩu lớn. Da là một nguồn phế phẩm của ngành công nghiệp chế biến thủy,
hải sản với một khối lượng khổng lồ. Việc tận dụng nguồn phế phẩm này để điều chế
collagen góp phần đem lại hiệu quả kinh tế.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.

Trong quá trình khảo sát, những người nghiên cứu có thể rút ra điều kiện tối ưu
cho quá trình trích chiết như sau: acetic acid là loại acid tốt nhất cho quá trình trích ly
collagen từ da cá Basa. Các mức giá trị cho kết quả khả quan nhất của các thông số
như nồng độ acid, tỉ lệ da : dung dịch, nhiệt độ, thời gian lần lượt là 0,5 M, 1 : 6 g/ml,
4 0C và 72 h. Phương pháp trích ly từng phần cho hiệu suất cao hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO.
-

/>
-

/>
-

.

-

/>
-

.

-

/>
-

.


Tìm hiểu quy trình sản xuất collagen

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình.