Nghiên cứu tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra (pangasius hypophthalmus)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGUYỄN THANH NGỌC ÁNH

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA GELATIN
TỪ DA CÁ TRA (PANGASIUS HYPOPHTHALMUS)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Công nghệ Thực phẩm)

Khánh Hòa - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGUYỄN THANH NGỌC ÁNH

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA GELATIN
TỪ DA CÁ TRA (PANGASIUS HYPOPHTHALMUS)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Công nghệ Thực phẩm)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Trọng Bách

Khánh Hòa – 2017

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THANH NGỌC ÁNH
Lớp: 55TP3

MSSV: 55133660

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
Đề tài: “Nghiên cứu tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra (Pangasius
hypophthalmus)”
Số trang:

65

Số chương: 03

Tài liệu tham khảo: 17

Hiện vật: 1 quyển báo cáo và 1 đĩa CD
NHẬN XÉT
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Kết luận: .....................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
Khánh Hòa, Ngày……. tháng….. năm 2017
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)


i

LỜI CAM ĐOAN
Xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành là do quá trình tìm hiểu nghiên
cứu tài liệu cũng như tham khảo ý kiến của giáo viên và thực hiện trên phòng thí nghiệm.
Số liệu trong báo cáo là hoàn toàn trung thực, được xử lý theo phương pháp khoa học
và đảm bảo độ tin cậy.
Khánh Hòa, ngày 28 tháng 06 năm 2017
Người cam đoan

Nguyễn Thanh Ngọc Ánh


ii

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp, ngoài nỗ lực của bản thân còn có sự giúp
đỡ tận tình của những người đi trước, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến những
người đã giúp đỡ trong suốt thời gian qua, nhất là trong thời gian 3 tháng thực tập trên
phòng thí nghiệm.
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô trong Trường, nhất là thầy cô
trong khoa Công nghệ thực phẩm đã trực tiếp giảng dạy, tận tình chỉ dạy, giúp đỡ cũng
như truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian em theo học tại Trường.
Đồng thời em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Trọng

Bách đã luôn bên em, trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực
hiện đề tài cũng như hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới cán bộ của Phòng thí nghiệm công nghệ chế
biến, Phòng thí nghiệm hóa sinh, Phòng công nghệ sinh học và môi trường đã tạo điều
kiện tốt nhất cho em trong quá trình nghiên cứu.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ba, mẹ kính mến cùng những
người bạn đã luôn luôn bên em, hết lòng động viên, tạo điều kiện và giúp đỡ em trong
suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Khánh Hòa, tháng 6 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Ngọc Ánh


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................3
1.1. Tổng quan về gelatin ................................................................................................ 3
1.1.1. Giới thiệu chung về gelatin[2] ................................................................................3
1.1.2. Thành phần hóa học của gelatin ............................................................................3
1.1.3. Cấu trúc phân tử của gelatin ..................................................................................4
1.1.4. Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin[2] ........................................................5
1.1.4. Tính chất hóa lý của gelatin[2] ...............................................................................5
1.1.5. Phân loại gelatin[2] .................................................................................................7

1.1.6. Ứng dụng của gelatin[2]..........................................................................................8
1.1.6.1. Trong thực phẩm ................................................................................................ 8
1.1.6.2. Ứng dụng khác ...................................................................................................9
1.2. Tổng quan về lưu biến học thực phẩm ...................................................................12
1.2.1. Vai trò của lưu biến trong công nghệ thực phẩm ................................................13
1.2.2. Phân loại tính chất lưu biến[5] ..............................................................................13
1.2.3. Ứng suất[5]............................................................................................................13
1.2.4. Biến dạng .............................................................................................................14
1.2.5. Vận tốc biến dạng và phương trình lưu biến (𝛄) .................................................15
1.2.6. Các dạng lưu biến thường gặp .............................................................................16
1.2.7. Các phép đo lưu biến trong thực phẩm[1] ............................................................ 19
1.3. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ............................................................................20
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 23
2.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................. 23


iv

2.1.1. Nguyên liệu chính................................................................................................ 23
2.1.2. Nguyên liệu phụ ..................................................................................................24
2.2. Nội dung nghiên cứu và sơ đồ bố trí thí nghiệm ....................................................24
2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến sự hình thành trạng thái của
gelatin ............................................................................................................................ 24
2.2.1.1. Xác định trạng thái lỏng-gel của gelatin ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau
.......................................................................................................................................24
2.2.1.2.Xác định độ nhớt của gelatin ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau
.......................................................................................................................................25
2.2.1.3.Xác định lực cắt và lực đâm xuyên của gel gelatin ở các các nồng độ khác nhau
.......................................................................................................................................25
2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của muối NaCl, CaCl2 ...................................................26

2.2.2.1. Ảnh hưởng của NaCl đến trạng thái và độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ
cao ..................................................................................................................................27
2.2.2.2. Ảnh hưởng của NaCl đến độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ thấp .......28
2.2.2.3. Ảnh hưởng của NaCl đến lực cắt /lực đâm xuyên của gel gelatin ở nồng độ cao
.......................................................................................................................................29
2.2.2.4. Ảnh hưởng của CaCl2 đến trạng thái tạo gel và độ nhớt của dung dịch gelatin ở
nồng độ cao ....................................................................................................................30
2.2.2.5. Ảnh hưởng của CaCl2 đến độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ thấp ......31
2.2.2.6. Ảnh hưởng của CaCl2 đến lực cắt/lực đâm xuyên của gel gelatin ở nồng độ cao
.......................................................................................................................................31
2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của đường sucrose .........................................................32
2.2.3.1. Ảnh hưởng của đường sucrose đến trạng thái và độ nhớt của dung dịch gelatin
ở nồng độ cao.................................................................................................................33
2.2.3.2. Ảnh hưởng của đường sucrose đến độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ
thấp ................................................................................................................................ 34
2.2.3.3. Ảnh hưởng của đường sucrose đến lực cắt và lực đâm xuyên của gel gelatin ở
nồng độ cao ....................................................................................................................34
2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của CMC ........................................................................35
2.2.3.1. Ảnh hưởng của CMC đến độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ thấp .......36


v

2.2.3.2. Ảnh hưởng của CMC đến độ nhớt của dung dịch gelatin khi thay đổi nồng độ
gelatin ............................................................................................................................ 37
2.3 Phương pháp nghiên cứu và xử lí số liệu ................................................................ 38
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................38
2.3.1.1. Phương pháp quan sát .......................................................................................38
2.3.1.2. Phương pháp đo lưu biến ..................................................................................38
2.3.1.3 Phương pháp xác định hàm ẩm .........................................................................39

2.3.2. Xử lý số liệu ........................................................................................................39
2.4. Máy và thiết bị sử dụng ..........................................................................................40
2.5. Nơi thực hiện ..........................................................................................................40
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................41
3.1. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ gelatin tới các tính chất lưu biến
.......................................................................................................................................41
3.1.1. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ tới nhiệt độ tạo gel và độ nhớt
.......................................................................................................................................41
3.1.2. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ tới lực cắt và lực đâm xuyên của gel gelatin
.......................................................................................................................................42
3.2. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ tới các tính chất lưu biến của gelatin
.......................................................................................................................................44
3.2.1.Kết quả khảo sát tính chất thuận nghịch nhiệt của gelatin
.......................................................................................................................................44
3.2.2.Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của gelatin
.......................................................................................................................................46
3.3.Kết quả ảnh hưởng của muối đến tính chất lưu biến của gelatin
.......................................................................................................................................47
3.3.1.Kết quả ảnh hưởng của các muối đến nhiệt độ tạo gel và độ nhớt
.......................................................................................................................................47
3.3.2.Kết quả ảnh hưởng của các muối lên lực đâm xuyên và lực cắt của gel gelatin
.......................................................................................................................................50
3.4.Kết quả ảnh hưởng của đường sucrose đến tính lưu biến của gelatin
.......................................................................................................................................53


vi

3.4.1.Kết quả ảnh hưởng của sucrose đến trạng thái lỏng-gel và độ nhớt
.......................................................................................................................................53

3.4.2.Kết quả ảnh hưởng của sucrose tới lực cắt và lực đâm xuyên của gel gelatin
.......................................................................................................................................56
3.5.Kết quả ảnh hưởng của CMC tới tính chất lưu biến của gelatin
.......................................................................................................................................58
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN............................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 63
Phụ lục ...........................................................................................................................65


vii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.2: Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin ....................................................5
Bảng 1.3: Bảng so sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật ....................................6
Bảng 1.4: Chức năng của gelatin trong các sản phẩm thực phẩm ...................................8
Bảng 2.1: Thành phần axit amin có trong bột gelatin từ da cá tra dùng làm thí nghiệm
.......................................................................................................................................23


viii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Các dạng gelatin thường gặp (nguồn: Internet) ..............................................3
Hình 1.2: Cấu trúc cơ bản của gelatin [2] .........................................................................4
Hình 1.3: Tỉ lệ thành phần axit amin cơ bản trong gelatin [3] ..........................................5
Hình 2.1: Gelatin dùng cho thí nghiệm .........................................................................23
Hình 3.1: Trạng thái của gelatin tại các nồng độ và nhiệt độ khác nhau sau 45 phút ổn
định nhiệt độ ..................................................................................................................41
Hình 3.2: Độ nhớt của gelatin theo nồng độ ở 40oC .....................................................42
Hình 3.3: Lực cắt của gel gelatin theo nồng độ ở 5oC...................................................43

Hình 3.4: Lực đâm xuyên của gel gelatin theo nồng độ ở 5oC .....................................44
Hình 3.5: Tính chất thuận nghịch nhiệt của gelatin ......................................................45
Hình 3.6: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc vào nhiệt độ đến độ nhớt của gelatin .........46
Hình 3.7: Trạng thái của 10% gelatin theo nồng độ NaCl ............................................47
Hình 3.9: Độ nhớt của 0,5% gelatin khi có mặt của NaCl ............................................49
Hình 3.10: Độ nhớt của 0,5% gelatin khi có mặt CaCl2................................................49
Hình 3.11: Độ nhớt của 10% gelatin có thêm muối NaCl/CaCl2 ở 30°C. Đường nét đứt
thể hiện độ nhớt của dung dịch gelatin nguyên chất 10% ở 30°C. ............................... 50
Hình 3.12: Lực cắt của gel gelatin tại các nồng độ NaCl ở nhiệt độ 5oC......................51
Hình 3.13: Lực cắt của gel gelatin tại các nồng độ CaCl2 ở nhiệt độ 5oC ....................51
Hình 3.14: Lực đâm xuyên của gel gelatin tại các nồng độ NaCl ở nhiệt độ 5oC ........52
Hình 3.15: Lực đâm xuyên của gel gelatin tại các nồng độ CaCl2 ở nhiệt độ 5oC ........52
Hình 3.16: Trạng thái của gelatin khi thay đổi nhiệt độ theo nồng độ sucrose .............54
Hình 3.17: Độ nhớt của 0,5% gelatin khi có đường sucrose tại các nhiệt độ ...............55
Hình 3.18: Độ nhớt của 10% gelatin khi có đường sucrose ở 30oC .............................. 55
Hình 3.19: Lực cắt của gelatin khi có sucrose ở nhiệt độ 5oC ......................................56
Hình 3.20: Lực đâm xuyên của gelatin khi có sucrose ở nhiệt độ 5oC .........................57
Hình 3.21: Độ nhớt của 0,5% gelatin khi có CMC tại các nhiệt độ .............................. 58
Hình 3.22: Độ nhớt của gelatin khi có 0,5% CMC .......................................................59


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam có đường bờ biển dài, nhiều sông ngòi kênh rạch, nên việc phát triển từ
nguồn lợi thủy sản đã giúp đóng góp hàng trăm tỉ USD mỗi năm cho ngân sách nhà
nước, góp phần đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu. Trong các loại thủy
hải sản xuất khẩu, không thể không kể tới mặt hàng cá tra, cá basa. Sản lượng thủy sản
đánh bắt và nuôi trồng cá tra, cá basa tăng lên đáng kể kéo theo đó là một khối lượng
lớn phế liệu da cá từ nghành công nghiệp này.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng da cá tra là nguồn sản xuất collagen –gelatin rất
lớn và rất tiềm năng để chiết tách ra gelatin. Gelatin từ da cá có đầy đủ các tính chất như
gelatin động vật trên cạn và được ứng dụng rất nhiều trong ngành công nghiệp thực
phẩm, công nghiệp mỹ phẩm, công nghiệp sản xuất phim ảnh, y tế. Trong khi đó da cá
nếu chỉ sử dụng với mục đích làm thức ăn cho gia súc hay làm phân bón thì giá trị kinh
tế của nguồn nguyên liệu còn lại này rất thấp. Chính vì thế việc tận dụng nguồn phế liệu
da cá để sản xuất gelatin phục vụ nhiều ngành công nghiệp khác sẽ giúp nâng cao giá trị
nguồn phế liệu da cá này. Hiện nay, các ứng dụng đang tập trung sử dụng nguồn gelatin
từ động vật trên cạn, gelatin từ nguồn động vật dưới nước mới ở mức độ hạn chế. Do
đó, việc nghiên cứu các tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra sẽ mang lại ý nghĩa
lớn về thực tiễn và các nghiên cứu khoa học cho việc phát triển sản phẩm từ gelatin cũng
như hỗn hợp gelatin với các thành phần khác. Từ những lí do đó tôi chọn thực hiện đề
tài “Nghiên cứu tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra (Pangasius
hypophthalmus)” cho đồ án tốt nghiệp của mình.
2. Ý nghĩa của đề tài
* Ý nghĩa khoa học
Đề tài hoàn thành sẽ cung cấp dẫn liệu khoa học có giá trị tham khảo về:
- Giới hạn về nhiệt độ, nồng độ gelatin tạo gel.
- Sự thay đổi của độ nhớt và khả năng tạo gel của gelatin khi có mặt của muối
(NaCl, CaCl2), đường sucrose hay CMC.
Những kết quả này sẽ là cơ sở cho những nghiên cứu và ứng dụng sau này.
* Ý nghĩa thực tiễn
Việc chiết tách gelatin từ nguồn phế liệu da cá tra là một bước tiến rất lớn nhằm
nâng cao giá trị của nguồn phế liệu này. Tuy nhiên để hiểu và sử dụng có hiệu quả nguồn
gelatin này thì các nghiên cứu tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra sẽ mang một ý
nghĩa kinh tế và thực tiễn to lớn cho các nhà sản xuất các sản phẩm sử dụng nguồn
gelatin từ da cá tra. Kết quả nghiên cứu giúp nhà sản xuất định hướng phát triển sản


2

phẩm sử dụng gelatin sẽ tốt hơn; thực hiện các quy trình công nghệ đạt hiệu quả hơn;
đồng thời tránh được việc sử dụng máy với những chi phí nhiệt, công suất lớn không
cần thiết gây hao tổn chi phí, làm giảm độ bền của máy móc, thiết bị.
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xác định trạng thái tồn tại của dung dịch gelatin ở các nồng độ, nhiệt độ khác nhau
và một số yếu tố (muối, đường, CMC) ảnh hưởng tới tính chất lưu biến của gelatin tách
chiết từ da cá tra.
4. Nội dung nghiên cứu
- Xác định giới hạn trạng thái lỏng-gel của gelatin.
- Xác định nhiệt độ tạo gel của gelatin tại các nồng độ khác nhau.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của muối NaCl, CaCl2 đến độ nhớt, sức đông của gelatin.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của đường sucrose đến độ nhớt, sức đông của gelatin.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của CMC đến độ nhớt của gelatin.
5. Kết cấu của đồ án
Đồ án bao gồm các phần sau:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Đốı tượng và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Kết luận và kiến nghị


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về gelatin
1.1.1. Giới thiệu chung về gelatin[2]
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, theo Ramachandran (1967), gelatin là một polypeptide có khối lượng
phân tử lớn, có nguồn gốc từ collagen, thành phần protein chính của tế bào động vật, có

trong xương, da và nội tạng. Theo Rose (1987), mặc dù thuật ngữ gelatin đôi khi được
dùng để chỉ cho nhiều loại gel khác nhau nhưng chủ yếu dùng để chỉ những hợp chất protein
có nguồn gốc từ collagen. Theo Bailey và Paul (1998) 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.

Hình 1.1: Các dạng gelatin thường gặp (nguồn: Internet)
Theo tổ chức y khoa của Mĩ (USP – United States Pharmacopeia, 1990), gelatin
được định nghĩa như là một sản phẩm của quá trình thủy phân collagen có nguồn gốc từ
da, xương của động vật. Năm 1973, WHO đã đưa ra tiêu chuẩn nhận biết và độ tinh sạch
của gelatin thực phẩm và xem gelatin như là một loại thực phẩm.
Như vậy, có thể xem gelatin là một sản phẩm có nguồn gốc từ collagen bằng cách
thủy phân axit hay kiềm. Chính vì thế, các tính chất của gelatin phụ thuộc vào nguồn
gốc, tuổi và loại của collagen nguyên liệu.
1.1.2. Thành phần hóa học của gelatin
Sản phẩm gelatin bao gồm: 85-90% protein; 0,5-2% muối khoáng; 8-13% nước.
Thành phần protein trong gelatin có gần đầy đủ các loại axit amin, ngoại trừ tryptophan
và cystein dạng vết. Tỉ lệ giữa các axit amin có thể khác nhau, phụ thuộc vào nguyên
liệu và phương pháp sản xuất. Các axit amin liên kết với nhau theo liên kết peptide tạo
thành phân tử gelatin.


4
1.1.3. Cấu trúc phân tử của gelatin
Cấu trúc phân tử của gelatin gồm 18 axit amin khác nhau liên kết theo một trật tự
xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide cới khoảng 1000 axit amin, hình thành
nên cấu trúc bậc 1. Chuỗi polypeptide có chiều dài khác nhau, phụ thuộc nguồn nguyên
liệu, chuỗi có một đầu là nhóm amin, một đầu là nhóm cacboxyl. Cấu trúc thường gặp
của gelatin là Gly – X – Y. Với: X chủ yếu là nhóm proline, Y chủ yếu là nhóm
hydroxyproline[2].

Cấu trúc cơ bản của chuỗi gelatin là: - Ala – Gly – Pro – Arg – Gly – Glu – Hyp –
Gly – Pro

Hình 1.2: Cấu trúc cơ bản của gelatin [2]
Cứ 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc tạo nên cấu trúc bậc 2. Cấu trúc
bậc 3 được tạo thành do chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó. Về mặt cấu trúc không gian,
trong gelatin có những liên kết peptide kiểu “cộng hóa trị” gần giống với các liên kết
peptide của axit amin trong collagen. Tuy nhiên, trong thực tế vẫn chưa chứng minh
được có sự sắp xếp lại của các thành phần hóa học trong quá trình chuyển đổi collagen
thành gelatin hay không[2].
Hầu hết gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15 đến 250 kDa, thường thì
gelatin có khối lượng phân tử từ 50 – 70 kDa. 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.


5

Hình 1.3: Tỉ lệ thành phần axit amin cơ bản trong gelatin [3]
1.1.4. Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin[2]
Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin có thể được xác định bằng sắc kí lọc
gel, điện di gel polyacrylamide và HPLC.
Gelatin có độ Bloom (độ bền gel) cao thường chứa một tỉ lệ lớn (30-50%) các phân
tử có kích thước giống nhau dưới dạng các chuỗi α và β. Theo Rose (1977), phần lớn
gelatin chứa các chuỗi polypeptide có khối lượng phân tử thấp hơn 80kDa. Tương đương
khối lượng của các phân tử α, β – collagen; một vài chuỗi có khối lượng phân tử thấp,
có thể là sản phẩm của các quá trình thủy phân khi sản xuất gelatin; và khối lượng cao

phân tử như của protein, có thể đã không bị loại bỏ trong khi xử lí nhiệt.
Những nghiên cứu về thành phần và số lượng các phân đoạn phân tử chính trong
gelatin sẽ giúp tìm hiểu các tính chất vật lí của gelatin được rõ hơn.
Bảng 1.1: Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin
Phân đoạn phân tử

Các đặc điểm chính

Q

Có khối lượng phân tử rất lớn, 15-20x106 Dalton, dạng
nhánh giúp tạo gel tốt

1–4

Là các chuỗi oligomer của chuỗi α (thường 5-8 chuỗi)

X

Là oligomer của 4 chuỗi α

γ

285 kDa (3 chuỗi α)

β

190 kDa (2 chuỗi α)

α

95 kDa

1.1.4. Tính chất hóa lý của gelatin[2]
Gelatin thương mại ở dạng tinh khiết, khô, không mùi, không vị, cứng, giòn, màu
vàng rất nhạt đến hổ phách, trong suốt, có độ ẩm từ 9-12% và tỉ trọng 1,3-1,4. Gelatin
là một thực phẩm không có giới hạn sử dụng. Tính chất gelatin phụ thuộc vào pH,


6
nguyên liệu thu nhận, nhiệt độ, nồng độ, thời gian và phương pháp chế biến. Gelatin là
một chất keo sinh học được ứng dụng nhiều trong sản xuất kẹo.
a. Tính chất gel- độ bền 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 10oC trong 16-18 giờ.
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 ba chiều. Gelatin thu từ động vật trên cạn có độ Bloom cao hơn và ổn
định hơn từ động vật dưới nước (cá).
Bảng 1.2: Bảng so sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật
Gelatin động vật trên cạn

Gelatin cá
- Khối lượng phân tử nhỏ

- Khối lượng phân tử lớn

- Mạch polypeptid ngắn

- Mạch polypeptid dài
- Độ Bloom thấp
- Độ Bloom cao
o
- Nhiệt độ tạo gel thấp (8-10 C) - Nhiệt độ tạo gel cao (30- 35oC)
- Hàm lượng proline và
hydroxyproline thấp

- Hàm lượng proline
hydroxyproline cao

và

b. Điểm đẳng điện
Phân tử gelatin tích điện trong dung dịch kiềm hay axit, chúng sẽ di chuyển trong
điện trường. 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.
Ở pH mà không có sự di chuyển xảy ra gọi là điểm đẳng điện và tại pH này, dung
dịch gelatin kém bền nhất, dễ tủa, có hàm lượng tối đa các phân tử protein không tích
điện. Nó được xác định một cách dễ dàng bởi hỗn hợp trao đổi ion resin và được biểu
hiện bởi đơn vị pH.
Tính lưỡng tính và điển đẳng điện của gelatin loại A nằm trong khoảng pH = 8-9
và phụ thuộc vào thời gian xử lý. Trong khi đó, gelatin lọai B có điểm đẳng điện là 5,2
sau 4 tuần ngâm với nước vôi và giá trị này sẽ được giảm dần xuống 4,8 nếu thời gian
ngâm kéo dài hơn 4 tuần. Ngoài ra, điểm đẳng điện còn phụ thuộc vào nồng độ muối


7

trong dung dịch. Điểm đẳng điện có thể xác định ở giá trị pH mà tại đó gelatin có độ
cực đại.
c. Khả năng tạo gel của gelatin[3]
Sự sắp xếp chuỗi poypeptide để hình thành trạng thái gel theo trật tự sẽ diễn ra
theo hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: hấp thụ và trương nở trong nước để tạo dung dịch, giai đoạn này xảy
ra khi cho gelatin vào nước và gia nhiệt ở 45oC-60oC.
Giai đoạn 2: tạo liên kết ngang nối các phân tử gelatin lại với nhau thành không
gian ba chiều, giai đoạn này xảy ra khi dung dịch được làm nguội ở 8-10oC.
Quá trình tạo gel của gelatin liên quan đến hai quy luật cơ bản như sau: đầu tiên là
các mối nối bên trong mạng phân tử trở nên sắp xếp có trật tự hơn, chắc hơn và kế đến
là mạng phân tử được làm dày thêm. Khi gel được hình thành thì có sự tái tạo một phần
collagen.

Hình 1.4: Sự chuyển dịch trạng thái của gelatin khi được làm lạnh-làm nóng[6]
Các nhà nghiên cứu chấp nhận rằng những khu vực giàu pyrolidine trong chuỗi
gelatin hoạt động như vị trí trung tâm trong việc hình thành nên những vùng liên kết khi
nhiệt độ thấp ở vùng này. Đặc biệt chuỗi glycine-proline-proline (hoặc hydroxyproline)
có khuynh hướng chuyển về dạng xoắn 2 proline-L-proline, hoặc với sự tập hợp dạng
xoắn 3 như thế sẽ hình thành nên cấu trúc tương tự như cấu trúc xoắn ốc của collagen,
chúng hoạt động như điểm cố định hoặc khu vực chuyển tiếp trong mạng gel. Các khu
vực chuyển tiếp này được ổn định nhờ vào mỗi liên kết hydro bên trong, mối liên kết
này sẽ bị bẻ gãy ở nhiệt độ 35oC-40oC dẫn đến gel tan chảy.
1.1.5. Phân loại gelatin[2]
Có nhiều cơ sở để phân loại gelatin như dựa vào nguồn gốc nguyên liệu để sản
xuất ra gelatin, người ta chia gelatin thành hai loại:
Gelatin động vật: là gelatin sản xuất từ da, xương, gân động vật có vú. Collagen
có nguồn gốc từ da và xương của động vật là nguồn nguyên liệu đầu tiên cho sản xuất

8
gelatin. Gelatin có giá trị Bloom từ 50-300, chất lượng phụ thuộc vào phương pháp sản
xuất và nguồn nguyên liệu.
Gelatin cá: gelatin sản xuất từ da các loại cá như cá tuyết, cá tra, cá trắm cỏ,…
Gelatin có nguồn gốc từ cá có hàm lượng proline và hydroxyproline thấp nên có nhiệt
độ tạo gel thấp (vì số liên kết hydro hình thành ít).
1.1.6. Ứng dụng của gelatin[2]
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.

Hình 1.5: Một số ứng dụng của gelatin (nguồn internet)
1.1.6.1. Trong thực phẩm
Gelatin được sử dụng rộng rãi vì tính chất hóa lý của nó hơn là giá trị dinh dưỡng
của một protein. Nhiệt độ tan chảy của gelatin dưới 37oC nên dễ dàng hòa tan và tan khi
đưa vào cơ thể. Các ứng dụng được trình bày tóm tắt trong bảng 1.3.
Bảng 1.3: Chức năng của gelatin trong các sản phẩm thực phẩm
Chức năng
Tạo gel

Ứng dụng
Thực phẩm dạng gel, bánh kẹo, pate…

Tác nhân tạo
xốp/Bền hệ keo

Kẹo bông, kem phủ, trứng chiên phồng, kem trứng,
Bánh kẹo, kem, đường phủ, thực phẩm đông lạnh

Tác nhân liên kết

Sữa, bánh kẹo, pho mai, thịt hộp

Tác nhân làm trong

Bia, rượu, nước trái cây

Tạo màng

Bao trái cây, thịt

Tạo đặc

Hỗn hợp thức uống dạng bột, nước thịt, nước canh
thịt, kẹo jelly, syrup, sữa, …

Chất mang

Có vai trò là chất mang trong phản ứng encapsul
để bảo vệ các chất màu, các hương liệu và vitamin.


9
Nhũ tương

Nước xốt, thịt dạng paste, kem phủ, bánh kẹo, sữa

Chất ổn định

Pho mai, yogurt, đường phủ, thực phẩm đông lạnh,
chocolate sữa

Chất dính

Bánh kẹo, sản phẩm thịt

1.1.6.2. Ứng dụng khác
Trong công nghiệp dược phẩm, gelatin là thành phần của viên ngậm, thuốc con
nhộng, dung dịch đẳng trương chứa từ 0,5-0,77% gelatin hoặc gelatin là thành phần của
một loại thuốc sát trùng được sử dụng như nước mắt nhân tạo, viên bao nang.
Gelatin được sử dụng trong nhiếp ảnh với các chức năng:
- Tác nhân liên kết;
- Tạo ra nhũ tương trong đó gelatin hút nước, tạo thành dung dịch khi gia nhiệt và
chuyển thành dạng gel khi làm nguội, sau khi chiết hết nước hình thành một trạng thái
bền.
- Thể tích trương nở của gelatin bảo đảm cho các phản ứng hóa học diễn ra trong
suốt quá trình tráng phim.
- Gelatin thường được dùng là gelatin loại B, sản xuất từ ossein.
Trong công nghiệp, gelatin được sử dụng làm keo dán, dùng để dán nhiều loại vật
liệu khác nhau như: keo dán thủy tinh, sứ, gỗ, plastic, kim loai, giấy,…
Trong công nghệ sinh học, gelatin có thể dùng làm môi trường nuôi cấy vi sinh
vật, là nguồn cung cấp nitrogen cho vi sinh vật phát triển,… Là thành phần trong các
loại thức ăn cho thú kiểng, trong các loại phân bón đặc biệt gelatin đóng vai trò vi bao
các muối để trì hoãn quá trình phân giải các thành phần hoạt tính.
Trong các sản phẩm mỹ phẩm gelatin có chức năng giữ ẩm cho da và tóc. Trong sản
xuất da nhân tạo, bột gelatin được sử dụng để kết hợp với chất nhựa tổng hợp tạo ra da.

1.2. Tổng quan về CMC
1.2.1. Giới thiệu chung về CMC
Carboxymethyl cellulose (CMC) là một polyme, dẫn xuất cellulose với các
nhóm carboxymethyl (-CH2COOH) liên kết với một số nhóm hydroxyl của các

glucopyranose monome tạo nên khung sườn cellulose, nó thường được sử dụng dưới
dạng muối natri carboxymethyl cellulose. CMC là những hợp chất keo ưa nước
(hydrocolloid) có bản chất là polysaccharide được tạo nên từ các monome là đường và
các dẫn xuất của đường, được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và trong


10
các ngành công nghiệp khác như dược phẩm, mỹ phẩm. Các cellulose gum thường có
nguồn gốc từ thực vật và vi sinh vật[17].
Khi hoà tan vào dung dịch CMC đóng vai trò như là những chất điều khiển hoạt
động của các phân tử nước nhằm chống lại sự chảy, làm tăng độ nhớt của dung dịch
hoặc hình thành nên trạng thái gel. Nhờ những đặc tính này mà cellulose gum được ứng
dụng rất phổ biến trong công nghệ thực phẩm với vai trò là chất phụ gia tạo cấu trúc, chất
tạo đặc cho thực phẩm[17].

Hình 1.6: Cấu tạo của CMC[4]
1.2.2. Các tính chất của CMC
Các tính chất của CMC được tóm tắt như sau [4]:
-

Là chế phẩm ở dạng bột trắng, hơi vàng, hầu như không mùi hạt hút ẩm. CMC

tạo dung dịch dạng keo với nước, không hòa tan trong ethanol.
-

Phân tử ngắn hơn so với cenllulose

-

Dễ tan trong nước và rượu.

-

Dùng trong thực phẩm với liều lượng 0,5-0,75%.

-

Cả dạng muối và axit đều là tác nhân tạo đông tốt.

-

Tạo khối đông với độ ẩm cao (98%).

-

Độ chắc và độ tạo đông còn phụ thuộc vào hàm lượng nhôm acetat.

-

Hầu hết các CMC tan nhanh trong nước lạnh.


11
-

Giữ nước ở bất cứ nhiệt độ nào.

-

Chất ổn định nhũ tương, sử dụng để kiểm soát độ nhớt.

-

Chất làm đặc và chất ổn định nhũ tương.

-

CMC được sử dụng như chất kết dính khuôn mẫu cho các cải tiến dẻo.

-

Là một chất kết dính và ổn định, hiệu lực phân tán đặc biệt cao khi tác dụng trên

các chất màu.
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhớt của CMC
1. Ảnh hưởng của nồng độ CMC tới độ nhớt
Có một quy tắc chung về ảnh hưởng của nồng độ CMC đối với độ nhớt của dung
dịch là cứ tăng gấp đôi lượng CMC lên thì độ nhớt của dung dịch tăng lên 10 lần.

Hình 1.7: Sự tương quan giữa nồng độ và độ nhớt đối với các loại CMC khác nhau (ở
15°C, sử dụng nhớt kế Brookfield LVT)[17]
2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi độ nhớt
Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dung dịch CMC giảm (quá trình đảo ngược) tất cả
các loại CMC đều có độ nhớt thấp ở nhiệt độ trên 90°C. CMC có khả năng hồi phục
hoàn toàn độ nhớt ban đầu nếu nhiệt độ của dung dịch CMC giảm. Độ nhớt này không
bị giảm đi hay mất đi khi đun sôi dung dịch (với dung dịch có pH > 3,5). Quá trình đảo
ngược này sẽ làm độ nhớt giảm tạm thời trong quá trình thanh trùng, giúp cho phép
truyền nhiệt nhanh và hiệu quả hơn, nhất là trong các sản phẩm có công thức thanh trùng
xử lý nhẹ như đồ uống và các loại thực phẩm nhạy cảm với nhiệt.

Độ nhớt (mPa.s)

12

Nhiệt độ (oC)

Hình 1.8: Sự phục hồi về độ nhớt sau khi được đun nóng (WALOCEL™ CRT 10000
GA, 2% trong nước, đo bằng nhớt kế Brookfield LVT) [17]

1.2. Tổng quan về lưu biến học thực phẩm
Lưu biến học với tên tiếng Anh “Rheology” được giáo sư Bigham-Trường đại học
Lafayette (Mỹ) sử dụng lần đầu tiên vào năm 1929. Lưu biến học là ngành khoa học
nghiên cứu sự chảy và sự biến dạng của các vật chất hay nói cách khác là nghiên cứu
cách hoạt động của vật chất dưới tác dụng của ứng suất[1]. Lưu biến học gồm lưu biến
chất lỏng và lưu biến chất rắn.

Hình 1.9: Sơ đồ lưu biến của vật chất[1]


13
1.2.1. Vai trò của lưu biến trong công nghệ thực phẩm
Lưu biến học đóng góp một phần to lớn trong việc phát triển ngành công nghiệp
thực phẩm. Hiểu biết các tính chất lưu biến của thực phẩm là rất cần thiết trong nghiên
cứu phát triển sản phẩm mới, trong chế biến và kiểm tra chất lượng thành phẩm. Lưu
biến học thực phẩm được xem như một ngành khoa học vật liệu về thực phẩm. Nhiều
lĩnh vực trong công nghiệp thực phẩm cần đến thông tin về tính chất lưu biến như[5]:
- Tính toán các quá trình thiết bị bao gồm các thiết bị như ống dẫn, bơm, máy ép
đùn, máy khuấy trộn, máy tạo vỏ, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị đồng hóa và thiết bị đo
độ nhớt;

- Xác định chức năng của các thành phần nguyên liệu trong nghiên cứu phát triển
sản phẩm;
- Kiểm tra chất lượng bán thành phẩm và thành phẩm;
- Tính toán dự đoán thời gian bảo quản;
- Đánh giá tương quan giữa giữa phép đo kết cấu thực phẩm bằng công cụ với phép
đánh giá cảm quan;
1.2.2. Phân loại tính chất lưu biến[5]
Tính chất lưu biến của một vật thể được phân thành hai loại: tính chất lưu biến cơ
bản và các tính chất lưu biến thực nghiệm.
Tính chất lưu biến cơ bản: là những tính chất không phụ thuộc vào thiết bị đo: mô
đun đàn hồi, độ nhớt...
Tính chất lưu biến thực nghiệm: Là những tính chất được đo thực nghiệm bằng
những thiết bị đo chuyên dụng và kết quả đo phụ thuộc hoàn toàn vào thiết bị.
1.2.3. Ứng suất[5]
Ứng suất là lực F tác dụng theo phương bất kì trên một đơn vị diện tích A. Có 2
loại ứng suất là ứng suất pháp và ứng suất tiếp tuyến.
- Ứng suất pháp: lực tác dụng vuông góc với bề mặt làm cho bề dài hay thể tích
của vật thay đổi.
- Ứng suất tiếp: lực tác dụng theo phương song song hoặc tiếp xúc với bề mặt làm
cho lớp bề mặt dịch chuyển so với lớp dưới
Ứng suất được tính theo công thức:

σ=

𝐹
𝐴

(N/m2 hay Pa)

14

Hình 1.10: Ngoại lực tác động gây biến dạng vật thể
1.2.4. Biến dạng
Sự thay đổi hình dạng của vật thể nhất thiết phải đi kèm thay đổi khoảng cách giữa
hai điểm ở bề mặt. Do đó, sự thay đổi hình dạng chỉ xảy ra khi có sự thay đổi khoảng
cách giữa các vị trí khác nhau trong vật liệu và hiện tượng này được gọi là sự biến dạng.
1. Biến dạng trượt
Kiểu biến dạng thường gặp nhất trong thực tế là biến dạng trượt đơn giản hay còn
gọi là sự chảy trượt. Khái niệm được minh họa qua vật thể hình hộp chữ nhật có chiều
cao h (Hình 1.11). Dưới tác dụng của lực trượt, bề mặt dưới được cố định sẽ đứng yên,
trong khi bề mặt ở trên dịch chuyển một khoảng bằng δL.
Đại lượng δL/h được gọi là biến dạng trượt. Góc γ được gọi là góc trượt và
được tính theo công thức:

tg(γ) =

δL
ℎ

Với biến dạng nhỏ, góc trượt γ tính theo radian sẽ bằng biến dạng trượt γ = tg(γ)

Hình 1.11: Biến dạng trượt của thanh hình hộp chữ nhật