Nghiên cứu thu nhận gelatin từ vảy các tráp vây vàng (sparus latus houttuyn) sử dụng alcalase thương mại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

VŨ THỊ NGỌC THÚY

NGHIÊN CỨU THU NHẬN GELATIN
TỪ VẢY CÁ TRÁP VÂY VÀNG
(SPARUS LATUS HOUTTUYN)
SỬ DỤNG ALCALASE THƯƠNG MẠI
Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60 42 01 14

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học : TS. TRẦN THỊ PHƯƠNG LIÊN
TS. CAO THỊ HUỆ

HÀ NỘI - 2017


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
hai cô TS. Trần Thị Phương Liên và TS. Cao Thị Huệ, đã tận tình hướng
dẫn em trong suốt quá trình thực hiện và viết luận văn. Em xin chân thành
cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Sinh - KTNN đã tận tình truyền đạt kiến
thức trong những năm em học tập tại đây. Với vốn kiến thức được tiếp thu
trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận
mà còn là hành trang qúy báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự
tin. Em chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện sinh hóa biển – Viện hàn lâm
khoa học và công nghệ Việt Nam đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để
em thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu khoa học của đề tài.

Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công
trong sự nghiệp cao quý. Đồng kính chúc các Cô, Chú, Anh, Chị trong Viện
sinh hóa biển – Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam luôn dồi dào
sức khỏe, đạt được nhiều thành công tốt đẹp trong công việc.

Tác giả

Vũ Thị Ngọc Thúy


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, có sự
hỗ trợ từ Giáo viên hướng dẫn là TS. Trần Thị Phương Liên và TS. Cao
Thị Huệ. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong luận văn này là trung
thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước
đây.
Hà Nội, ngày….tháng….năm 2017
Tác giả

Vũ Thị Ngọc Thúy


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
2. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ 3
3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 3
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................. 4
5 . Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa lý luận của đề tài............................................ 4
NỘI DUNG ....................................................................................................... 6

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................ 6
1.1.Tình hình phát triển ngành thủy sản ở Việt Nam và tiềm năng của nguồn
phụ phẩm chế biến cá chứa collagen................................................................. 6
1.2. Một số đặc điểm sinh học, tiềm năng đánh bắt và nuôi trồng cá tráp vây
vàng ở Việt Nam ............................................................................................... 7
1.3. Cấu tạo, thành phần, tính chất và khả năng ứng dụng của gelatin............. 9
1.3.1. Cấu tạo của gelatin .................................................................................. 9
1.3.2. Tính chất của gelatin ............................................................................. 11
1.3.3. Ứng dụng của gelatin ............................................................................ 13
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về phương pháp thu
nhận gelatin từ nguồn nguyên liệu thủy sản. Sử dụng enzym trong sản xuất
gelatin .............................................................................................................. 15
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................ 15
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ........................................................ 20
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 23
2.1. Vật liệu nghiên cứu .................................................................................. 23
2.1.1. Mẫu vảy cá ............................................................................................ 23
2.1.2. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm............................................................ 23
2.1.2.1 Hóa chất............................................................................................... 23


2.1.2.2. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm .............................................................. 23
2.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 24
2.2.1. Phương pháp xử lý vảy cá bằng enzym và chiết xuất collagen từ vảy cá
......................................................................................................................... 24
2.2.2. Các phương pháp phân tích................................................................... 26
2.3. Xử lý số liệu ............................................................................................. 30
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN...................... 31
3.1. Thành phần dinh dưỡng cơ bản của vảy cá tráp vây vàng ....................... 31
3.2. Nghiên cứu thu nhận gelatin từ vảy cá tráp vây vàng sử dụng alcalase

thương mại....................................................................................................... 32
3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH và nồng độ enzym alcalase đến quá trình
thủy phân ......................................................................................................... 32
3.2.2. Nghiên cứu chiết xuất collagen từ vảy cá đã được xử lý qua enzym
alcalase ............................................................................................................ 34
3.2.3. Quy trình sản xuất gelatin từ vẩy cá tráp vây vàng............................... 37
3.3. Kết quả nghiên cứu chất lượng của gelatin thành phẩm .......................... 41
3.3.1. Chỉ tiêu cảm quan của gelatin ............................................................... 41
3.3.2. Thành phần dinh dưỡng cơ bản của gelatin .......................................... 42
3.3.3. Thành phần axit amin của gelatin ......................................................... 44
3.3.4. Sự phân bố trọng lượng phân tử của gelatin ......................................... 46
3.3.5. Đặc tính lý-hóa của gelatin ................................................................... 47
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 51
KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 53


DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
Hình 1. Cá tráp vây vàng Sparus latus Houttuyn ............................................. 3
Hình 2. Vảy cá tráp vây vàng............................................................................ 4
Hình 3. Cấu trúc của gelatin............................................................................ 10
Hình 3.1. Sự phụ thuộc của protein hòa tan vào pH và nồng độ alcalase ...... 33
Hình 3.2. Sự phụ thuộc của độ nhớt động học của dịch gelatin lỏng vào thời
gian và nhiệt độ chiết lần thứ nhất .................................................................. 35
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của độ nhớt động học của dịch gelatin lỏng vào thời
gian và nhiệt độ chiết lần thứ hai .................................................................... 36
Hình 3.4. Gelatin thành phẩm ......................................................................... 41
Hình 3.5. Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin: ................................... 47
Hình 3.6. Độ trương phồng của gelatin........................................................... 49
Sơ đồ 1. Quy trình thu nhận gelatin quy mô phòng thí nghiệm...................... 38

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Thành phần hóa học cơ bản của gelatin ............................................ 10
Bảng 3.1. Thành phần dinh dưỡng cơ bản của vảy cá .................................... 31
Bảng 3.2. Chỉ tiêu cảm quan của gelatin......................................................... 42
Bảng 3.3. Thành phần dinh dưỡng cơ bản của gelatin.................................... 43
Bảng 3.4. Thành phần và hàm lượng axit amin của gelatin từ vảy cá tráp vây
vàng ................................................................................................................. 45
Bảng 3.5. Tính chất lý hóa của gelatin............................................................ 48


1


2

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việt Nam có nguồn thủy hải sản phong phú, ngành chế biến thủy sản
đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế của nước ta. Hàng năm,
Việt Nam khai thác và xuất khẩu số lượng lớn thủy hải sản, trong đó có hàm
lượng lớn cá biển.
Cá biển Việt Nam có khoảng 2.038 loài với 4 nhóm sinh thái chủ yếu:
nhóm cá nổi khoảng 260 loài, nhóm cá gần tầng đáy khoảng 930 loài, nhóm
cá đáy khoảng 502 loài và nhóm cá san hô khoảng 304 loài. Nhìn chung,
nguồn lợi cá biển có thành phần loài đa dạng, kích thước cá thể nhỏ, tốc độ tái
tạo nguồn lợi nhanh. Trong các loài cá biển có khoảng 130 loài có giá trị
thương mại cao, 30 loài thường xuyên được đánh bắt với trữ lượng 4,2 triệu
tấn/năm, sản lượng khai thác tối đa bền vững đạt 1,7 triệu tấn/năm, trong đó

vịnh Bắc Bộ có trữ lượng 681.200 tấn, khả năng cho phép khai thác 272.500
tấn/năm tập trung ở các tỉnh Hải Phòng, Quảng Ninh...[6].
Gelatin là chế phẩm được tạo ra từ quá trình thủy phân không toàn
phần collagen từ da, xương động vật và thủy sản [3][14][31][38]. Gelatin
được coi là một loại protein gần như nguyên chất (hàm lượng protein tổng
chiếm hơn 80% khối lượng khô). Gelatin và một số peptit phân lập từ dịch
thủy phân của nó được biết đến có nhiều hoạt tính sinh học đáng quý như
kháng khuẩn, chống oxi hóa, kháng vi sinh vật kiểm định, ức chế men
chuyển angiotensin... [31][38].
Ngoài ra, do thành phần hóa học và những đặc tính lý hóa đặc biệt,
gelatin được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm (công nghệ sản
xuất sữa, kem, chế biến thịt, cá, làm màng bao bọc thực phẩm...). Gelatin có
nhiều ứng dụng trong công nghiệp dược, mỹ phẩm và nhiếp ảnh


[36][43][52][53][55]. Một trong những ứng dụng đáng kể nhất của gelatin là
dùng trong sản xuất bao con nhộng cứng hoặc mềm [53].
Qua các tài liệu tham khảo cho thấy, vấn đề sản xuất và ứng dụng
gelatin ở nước ta vẫn còn một khoảng cách xa so với thế giới. Trên thế giới đã
có rất nhiều nghiên cứu về gelatin và collagen nguồn gốc thủy sản, đặc biệt là
từ da và xương cá [15][28][50][54]. Ở Việt Nam, những nghiên cứu về gelatin
vẫn còn manh mún, chưa mang tính hệ thống và liên tục, chủ yếu dừng lại ở
lý thuyết chưa đưa ra được sản phẩm gelatin thương mại cho nên khả năng
ứng dụng vào thực tiễn còn hạn chế. Có một thực tế là các nhà máy chế biến
thủy sản ở Việt Nam hoặc chưa khai thác sử dụng phế phụ phẩm chế biến cá
nói chung và vẩy cá nói riêng, hoặc bán lại cho thương lái Trung Quốc với giá
như cho không rồi nhập lại gelatin từ họ với chất lượng không đảm bảo, tiêu
biểu là các mẫu gelatin không rõ nguồn gốc xuất xứ được bày bán trên thị
trường, thậm chí có những mẫu ghi nhãn mác là sản xuất tại Nga, Pháp,
Đức...[2][24][39][59].

Nhận thấy nhu cầu rất lớn về gelatin ở Việt Nam trong những năm gần
đây, thêm vào đó nguồn nguyên liệu phụ phẩm chế biến cá để sản xuất gelatin
ở nước ta khá dồi dào, ổn định, giá rẻ nên chúng tôi chọn hướng nghiên cứu
sản xuất gelatin với mong muốn phục vụ nhu cầu trong nước, góp phần nâng
cao hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp thủy sản và giảm thiểu ô nhiễm
môi trường [1][27][31].
Cá tráp vây vàng (Sparus latus Houttuyn, 1782) là một loài có giá trị
kinh tế cao. Thịt cá thơm ngon, giàu chất dinh dưỡng, được người tiêu dùng
ưa chuộng. Cá có tốc độ sinh trưởng nhanh, có tiềm năng nuôi trồng lớn, có
thể nuôi mật độ cao trong ao đất và lồng bè. Sau 8 tháng nuôi có thể đạt trọng
lượng 0,5-0,8 kg/con. Hiện nay, cá tráp vây vàng trở thành một trong những
loài cá có giá trị thương mại cao, được nhân rộng nuôi tại các tỉnh ven biển


phía Bắc như Hải Phòng, Nam Định, Quảng Ninh. Cá được dùng trong các
nhà hàng, làm các sản phẩm công nghiệp như cá đông block ép công nghiệp,
phile… tạo ra một khối lượng lớn vảy cá chưa được khai thác [13].

H nh 1. Cá tráp vây vàng Sparus latus Houttuyn
Do đó chúng tôi lựa chọn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thu nhận
gelatin từ vảy cá tráp vây vàng Sparus latus Houttuyn sử dụng Alcalase
thương mại”.
2. Mục tiêu của đề tài
Tận dụng nguồn phụ phẩm chế biến cá chưa được sử dụng (vẩy cá tráp
vây vàng) để thu nhận gelatin chất lượng cao. Nghiên cứu thu nhận và đánh
giá chất lượng của gelatin từ vảy cá tráp vây vàng.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Đề tài sẽ tiến hành thực hiện những nhiệm vụ sau:

Đánh giá thành phần dinh dưỡng cơ bản của nguyên liệu (vảy cá

tráp vây vàng): hàm lượng protein tổng, lipit tổng, khoáng tổng, carbohydrate
và độ ẩm.
 ghiên cứu thu nhận gelatin từ vảy cá tráp vây vàng sử dụng
N
alcalase thương mại.

Đánh giá thành phần hóa học của gelatin thành phẩm: thành phần
dinh dưỡng cơ bản (protein, lipit, khoáng chất) và thành phần axit amin.


Nghiên cứu sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin và một số
tính chất lý-hóa của gelatin: pH, độ trong của dung dịch gelatin, độ trương nở
của gelatin.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Mẫu vảy cá

H nh 2. Vảy cá tráp vây vàng
Vảy cá tráp vây vàng được công ty chế biến xuất nhập khẩu Thủy sản
Việt Trường, thành phố Hải Phòng cung cấp. Sau khi thu mua vảy cá được rửa
sạch, để ráo nước rồi bao gói trong các túi nilon hút chân không. Các túi
o

nguyên liệu này được bảo quản trong tủ đông ở nhiệt độ -18 C cho tới khi sử
dụng.
4.2. Mẫu enzym Alcalase
Mẫu enzym Alcalase® 2,4 L (hoạt tính 2,4 AU/kg, tỉ trọng 1,18 g/mL)
phân lập từ Bacillus licheniformis (Novozyme, Đan Mạch) được mua của
công ty Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, Mỹ).
4.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
-

Mẫu vảy cá tráp vây vàng được thu mua vào mùa thu (Tháng 8/2016).

-

Các thí nghiệm được thực hiện tại Viện hóa sinh biển – Viện Hàn lâm

khoa học và công nghệ Việt Nam.
5. Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa lý luận của đề tài
-

Ý nghĩa thực tiễn: Tận dụng nguồn phụ phẩm (vảy cá tráp vây vàng) để

sản xuất gelatin có chất lượng cao, phục vụ cho thực tiễn sản xuất trong lĩnh
vực thực phẩm và y dược.


-

Ý nghĩa lý luận: cung cấp dẫn liệu về phương pháp sản xuất gelatin từ

vảy cá tráp vây vàng sử dụng alcalase thương mại cùng chỉ tiêu cảm quan,
tính chất vật lý, thành phần dinh dưỡng cơ bản và thành phần axit amin của
gelatin thành phẩm.


NỘI DUNG
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. T nh h nh phát triển ngành thủy sản ở Việt Nam và tiềm năng của
nguồn phụ phẩm chế biến cá chứa collagen

Việt Nam nằm bên bờ Tây của Biển Đông, là một biển lớn của Thái
2

Bình Dương, có diện tích khoảng 3.448.000 km , bờ biển dài 3.260 km. Vùng
2

nội thuỷ và lãnh hải rộng 226.000 km , vùng biển đặc quyền kinh tế rộng hơn
2

1 triệu km với hơn 4.000 hòn đảo, tạo nên 12 vịnh, đầm phá với tổng diện
2

tích 1.160 km được che chắn tốt dễ trú đậu tàu thuyền. Biển Việt Nam có
tính đa dạng sinh học khá cao, cũng là nơi phát sinh và phát tán của nhiều
nhóm sinh vật biển vùng nhiệt đới ấn Độ - Thái Bình Dương với chừng
11.000 loài sinh vật đã được phát hiện [6][8].
Nước ta có hệ thống sông ngòi dày đặc, đường biển dài rất thuận lợi
phát triển hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản. Sản lượng thủy sản Việt
Nam đã duy trì tăng trưởng liên tục trong 17 năm qua với mức tăng bình quân
là 9,07%/năm. Với chủ trương thúc đẩy phát triển của chính phủ, hoạt động
nuôi trồng thủy sản đã có những bước phát triển mạnh, sản lượng liên tục tăng
cao trong các năm qua, bình quân đạt 12,77%/năm, đóng góp đáng kể vào
tăng trưởng tổng sản lượng thủy sản của cả nước [6].
Trong khi đó, trước sự cạn kiệt dần của nguồn thủy sản tự nhiên và
trình độ của hoạt động khai thác đánh bắt chưa được cải thiện, sản lượng thủy
sản từ hoạt động khai thác tăng khá thấp trong các năm qua, với mức tăng
bình quân 6,42%/năm [17].
Nhiều nhà máy, doanh nghiệp chế biến hải sản các tỉnh ven biển phía
Bắc (Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định, Thái Bình...) sản xuất các sản phẩm
từ thịt cá như chả cá, cá đông block ép công nghiệp, cá viên, trứng cá nhân

tạo, bột surimi để phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Trong quá trình


chế biến cá sẽ tạo ra một lượng đáng kể phế phụ phẩm, ở một số loài cá lượng
phụ phẩm này chiếm đến 40-60% tổng nguyên liệu [7][10]. Các phế phụ
phẩm như da, xương và vẩy cá chứa hàm lượng lớn collagen, có giá trị trong
việc sản xuất gelatin, một sản phẩm có khả năng ứng dụng trong nhiều ngành
công nghiệp khác nhau. Hiện nay, một phần lượng phụ phẩm này được sử
dụng để sản xuất thức ăn chăn nuôi, một phần bỏ đi ảnh hưởng đáng kể đến
môi trường. Việc tìm ra phương án tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn này để
tạo ra những sản phẩm có khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời
sống sẽ góp phần nâng cao lợi nhuận kinh tế cho các doanh nghiệp.
Ở trong nước có một số nhóm nghiên cứu dùng da và xương cá để sản
xuất gelatin và một số sản phẩm thủy phân protein. Da cá dùng để chế biến
gelatin ít hơn các nguyên liệu khác. Vì động vật thuỷ sản chỉ có những loại cá
to, da dày mới bóc được da (như cá nhám, cá voi) nhưng da các loài cá này
chủ yếu dùng cho ngành thuộc da.
Bong bóng cá cũng chứa hàm lượng collagen cao, là nguồn nguyên liệu
triển vọng để sản xuất gelatin. Tuy nhiên, hàm lượng bóng cá quá ít. Đồng
thời, nguồn nguyên liệu này cũng là một thực phẩm quý, ngon, giàu dinh
dưỡng. Chính vì vậy, chúng tôi đề xuất sản xuất gelatin từ vảy cá.
1.2. Một số đặc điểm sinh học, tiềm năng đánh bắt và nuôi trồng cá tráp
vây vàng ở Việt Nam
Đặc điểm sinh học
Trên thế giới, cá tráp vây vàng phân bố rộng rãi ở nhiều vùng biển:
Hồng Hải, ven biển Ả Rập, Ấn Độ, Indonesia, Nhật Bản, Triều Tiên,
Philippines, Trung Quốc. Ở Việt Nam, cá tráp vây vàng phân bố nhiều tại các
đầm phá cửa sông ven biển [13].
Cá tráp vây vàng có hình bầu dục thân dẹt, chiều dài thân dao động 2045 cm, cân nặng lên tới 4 kg, mõm nhọn, miệng bằng, hàm trên và hàm dưới

dài bằng nhau, thân màu xám, có dải màu vàng, 2 bên thân có vài dải dọc và 4
dải nghiêng, vây lưng, vây hậu môn và phần lớn vây đuôi đều có màu vàng
[8].
Cá tráp vây vàng ít di cư, thường sống ở tầng đáy ở các vùng biển cạn,
o

bãi triều và thích hợp nhiệt độ 17-27 C. Cá tráp vây vàng là loài rộng muối
(chịu đựng được từ 0 đến 35‰), có thể thích ứng với sự thay đổi đột ngột độ
mặn, sinh trưởng tốt ở vùng nước lợ cửa sông ven biển. Ngoài tự nhiên sau 1
năm tuổi cá đạt trọng lượng trung bình 0,3 kg, dài 20 cm; sau 2 năm cá đạt 0,5
kg, dài 30 cm. Thức ăn của cá thường là động vật không xương sống và giáp
xác cỡ nhỏ, ấu trùng, côn trùng và một số loại rong tảo [8, 11, 13].
Cá tráp vây vàng có tập tính đực cái sinh sản đồng thể, cá đực thành
thục sau 1-2 năm tuổi. Cá sinh sản từ tháng 2 đến tháng 3 dương lịch, nhiệt độ
o

thích hợp cho cá sinh sản là 17-23 C; độ mặn 25 - 33‰; trứng cá thuộc dạng
trôi nổi [13].
Tiềm năng đánh bắt và nuôi trồng cá tráp vây vàng
Cá tráp vây vàng có giá trị kinh tế bởi thịt thơm ngon, giàu chất dinh
dưỡng, được người tiêu dùng ưa chuộng. Cá có tốc độ sinh trưởng nhanh, có
thể nuôi mật độ cao trong ao đất và lồng bè. Sau 8 tháng nuôi có thể đạt trọng
lượng 0,5-0,8 kg/con. Hiện nay, giá bán trên thị trường 120-140 nghìn
đồng/kg [11][13].
Cá tráp vây vàng có thể phát triển tốt khi nuôi trong lồng bè và ao đầm
nước lợ nên chúng được xem như đối tượng nuôi mới thay thế tôm nuôi ở nơi
thường xảy ra dịch bệnh. Cá có thể nuôi trong lồng bè với mật độ 5-6 con/m

2

2

hoặc nuôi trong ao đất với mật độ 3-4 con/m . Cá có tốc độ sinh trưởng
nhanh, hệ số chuyển đổi thức ăn không cao, với thức ăn công nghiệp 35- 40%
đạm, hệ số chuyển đổi từ 1,6-1,8 kg cám/kg cá tăng trưởng [8][12].


Cá tráp vây vàng là loài cá ăn tạp nghiêng về động vật nên thức ăn cho
chúng có thể tận dụng được nguồn cá tạp ngoài tự nhiên hoặc sử dụng thức ăn
công nghiệp. Cá ít bị dịch bệnh và thường là các bệnh ngoài da nên việc
chữa trị không tốn nhiều công sức và tiền bạc. Cá tráp vây vàng phân bố
rộng và sinh sống nhiều trong các đầm phá nên nguồn giống được đánh bắt
ngoài tự nhiên rất dồi dào và giá thành không cao (3 -5 nghìn đồng/con cỡ
5-6 cm) [11].
Năm 2007, Trung tâm Khuyến nông Quốc gia phối hợp với Trường
Cao đẳng Thủy sản Bắc Ninh đã nhập công nghệ sản xuất giống và nuôi
thương phẩm thành công cá tráp vây vàng và đã được Trại thực nghiệm
Trường Cao đẳng Thủy sản Bắc Ninh hoàn thiện và đưa vào sản xuất với
công suất hàng chục vạn con giống chất lượng cao mỗi năm [12].
1.3. Cấu tạo, thành phần, tính chất và khả năng ứng dụng của gelatin
1.3.1. Cấu tạo của gelatin
Gelatin là sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân không toàn phần
collagen. Sản phẩm gelatin thương mại đầu tiên xuất hiện ở Hà Lan vào
khoảng năm 1685, sau đó xuất hiện ở Anh vào khoảng năm 1700. Cuối thế kỷ
19, ngành công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện tại Mỹ. Nguồn nguyên liệu
chính lúc này là da và xương động vật (bò, lợn). Đến năm 1930, ngành công
nghiệp này phát triển mạnh mẽ khi da heo được xem như một nguồn nguyên
liệu phổ biến.
Gelatin là protein được liên kết bởi sự kết hợp của nhiều axit amin sắp

xếp trên một chuỗi đường thẳng, là hỗn hợp dị thể các sợi polypeptit sợi đơn
và sợi đa, mỗi sợi có cấu hình proline xoắn ốc bên trái, chứa từ 300-400 axit
amin. Cấu trúc của gelatin được hình thành từ sự liên kết của 18 loại axit
amin khác nhau theo một trật tự nhất định, tuần hoàn. Gelatin chứa một lượng


lớn glycine, proline và hydroxyproline. Cấu trúc hóa học cơ bản là -Ala-GlyPro-Arg-Gly-4Hyp-Gly-Pro (Hình 3).

H nh 3. Cấu trúc của gelatin
Hầu hết gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15.000 đến
250.000 đvC, thông thường từ 50.000 đến 70.000 đvc. Gelatin cũng giống
như những phân tử protein khác, thành cấu trúc chính của là chuỗi polypeptit
lớn và phức tạp với thành phần amino axit giống như collagen. Gelatin
thường chứa 18 loại axit amin khác nhau: glycine, alanine, valine, leucine,
isoleucine, serine, threaonine, methionine, aspartic axit, glutamic axit, lysine,
hydroxylysine,

arginine,

histidine,

phenylalanne,

tytrosine,

proline,

hydroxylproline [7][10].
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, threonine,
hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptit (-CO-NH-) quy
định khả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử. Gelatin có thành
phần hóa học cơ bản là protein (Bảng 1).


Bảng 1. Thành phần hóa học cơ bản của gelatin, %
Độ ẩm

Protein

Chất béo

Carbohydrate

Chất xơ

Tro

8-16

85-90

0

0

0

<2,0

1.3.2. Tính chất của gelatin
Tính chất vật lý
Gelatin thương mại ở dạng tinh khiết, khô, không mùi, không vị, cứng,
giòn, màu từ vàng rất nhạt đến hổ phách, trong suốt, có độ ẩm từ 9-12% và tỉ
trọng 1,3-1,4. Gelatin vừa là một thực phẩm và phụ gia thực phẩm, không có
giới hạn sử dụng. Tính chất của gelatin phụ thuộc vào pH, nguyên liệu thu
nhận, nhiệt độ, nồng độ, thời gian và phương pháp chế biến [30].
Tính chất hóa học
Tính hòa tan và tính trương nở trong nước
Gelatin là chế phẩm được tạo thành từ quá trình thuỷ phân collagen.
Khi đun nóng dung dịch collagen thu được gelatin. Gelatin không tan trong
o

nước dưới 20 C mà chỉ hút nước và trương nở. Khi nhiệt độ tăng lên, gelatin
tan và hình thành dung dịch thể keo. Dung dịch này đem làm lạnh, dù nồng độ
rất thấp (0,25%) cũng có thể đông đặc.
Khi nhiệt độ tăng, keo đông tan ra do liên kết hydro không bền nhiệt,
nồng độ dung dịch trên 1% khi làm lạnh thì đông đặc trở lại. Sức đông của
dung dịch keo ngoài quan hệ với nồng độ còn liên quan đến nguyên liệu và sự
thuần khiết của nguyên liệu.
Axit, kiềm, Pb(CH3COO)2, MgCl2, FeSO4 không làm cho gelatin kết
tủa. Nhưng axit photphotungstic hoặc muối thuỷ phân có thể làm cho gelatin
kết tủa. Cho (NH)4SO2, MgSO4, ZnSO4 vào dung dịch gelatin cho đến khi bão
hoà thì gelatin kết tủa hoàn toàn. Tamin và fomaldehyt cũng có thể làm cho
gelatin kết tủa. Gelatin có thể làm cho độ hòa tan của các loại muối dễ hoà tan


giảm xuống, đối với các loại muối khó hoà tan thì gelatin có tác dụng ngược
lại. Cho chất điện phân vào dung dịch gelatin thì có thể thay đổi tốc độ và

nhiệt độ đông đặc của nó. Độ dính của dung dịch gelatin chịu ảnh hưởng của
nhiều nhân tố như thời gian, nhiệt độ, sự khuấy trộn, mức độ thuỷ phân, môi
trường thuỷ phân bằng axit hay bằng kiềm, ảnh hưởng của tỷ lệ muối. Thực
nghiệm chứng minh rằng, khi nồng độ của gelatin tăng 1% thì độ dính tăng
lên 10-30% . Khuấy trộn có thể làm giảm độ dính của gelatin [2].
Tính chất gel và độ bền gel
Độ bền gel là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đông.
Nó được đặc trưng bằng độ Bloom, là khối lượng tính bằng gam cần thiết tác
dụng lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 147 mm để khối gel lún xuống
o

4 mm [31]. Khối gel có hàm lượng gelatin là 6,67% (w/w), được giữ ở 10 C
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 3 chiều. Gelatin có nguồn
gốc động vật (da và xương lợn, bò) có độ Bloom cao hơn so với gelatin có
nguồn gốc thủy sản [38][39][43].
Độ nhớt
Độ nhớt cũng quan trọng như khả năng tạo gel, phụ thuộc vào nhiệt độ
và nồng độ. Độ nhớt tỉ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỉ lệ nghịch với
o

nhiệt độ. Dưới 20 C, dung dịch sẽ tồn tại ở dạng gel (ngoại trừ nồng độ quá
o

thấp). Trong khoảng 20-35 C, dung dịch vừa tồn tại ở dạng gel vừa tồn tại ở
dạng dung dịch nhớt hoặc ở dạng chất lỏng có độ nhớt không ổn định. Trên
o

35 C, các phân tử gelatin trở nên rời rạc, cho dù có tăng nồng độ gelatin trong

dung dịch thì chúng vẫn không liên kết với nhau [30].


Tính lưỡng tính
Gelatin là một protein điển hình, có khả năng hoạt động như một axit
hay một bazơ. Tính chất lưỡng tính là do các nhóm cacboxyl (-COOH) thể
hiện tính axit và nhóm amin (-NH2) thể hiện tính kiềm được tạo ra trong suốt
quá trình thủy phân. Một cách tổng quát, gelatin tồn tại trong dung dịch dưới
dạng lưỡng cực +NH3-CH2-COO-, thường được gọi là ion “Zwitter”. Do vậy,
gelatin là một protein điện ly lưỡng tính. Trong môi trường axit, sự phân ly
của nhóm axit bị kìm hãm, gelatin tác dụng như một bazơ, tích điện “+”
(cation) và chuyển về cực “-” trong điện trường. Ngược lại, trong môi trường
kiềm, sự phân ly của nhóm bazơ bị kìm hãm, gelatin tác dụng như một axit,
tích điện “-” (anion) và chuyển về cực “+” trong điện trường [41][61].
Tính ổn định
Gelatin bao gói trong các túi hút chân không có thể bảo quản ở nhiệt độ
o

thường (≤ 25 C) trong thời gian dài. Dung dịch hoặc gel gelatin có tính mẫn
cảm với vi khuẩn và các enzym phân hủy protein [39].
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
o

gốc từ gia súc có nhiệt độ tạo gel cao (30-35 C) so với gelatin có nguồn gốc
o

thủy sản (8-10 C) [39].
1.3.3. Ứng dụng của gelatin

Với những đặc tính của gelatin như đã trình bày thì so với nhiều loại
phụ gia khác gelatin có nhiều ưu việt. Gelatin được sử dụng trong rất nhiều
lĩnh vực khác nhau. Ứng dụng quan trọng nhất của gelatin được kể đến trong
công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Ngoài ra, gelatin được ứng
dụng nhiều trong một số ngành như điện ảnh, sơn, chất dán…


Trong công nghiệp thực phẩm, gelatin được sử dụng rộng rãi vì tính
chất vật lý của nó hơn là giá trị dinh dưỡng của một protein. Nhiệt độ tan chảy
o

của gelatin dưới 37 C nên dễ dàng hòa tan và tan được cả trong miệng.
Gelatin ứng dụng trong công nghiệp chế biến thịt cá, đồ hộp, sữa chua, kẹo
dẻo…với các chức năng như: tác nhân tạo gel, chất ổn định, chất nhũ hóa,
chất tạo độ đặc, chất keo, tác nhân liên kết, tác nhân lọc. Gelatin cũng được
dùng làm chất làm trong trong công nghiệp đồ uống: bia, rượu vang…
[36][52].
Trong công nghiệp dược phẩm, gelatin là thành phần của viên ngậm, thuốc
đạn, thuốc kẽm. Gelatin là thành phần của một loại thuốc sát trùng được sử
dụng như nước mắt nhân tạo. Một trong những ứng dụng cơ bản của gelatin
trong công nghiệp dược là để tạo vỏ bọc viên nang cứng hoặc mềm. Gelatin
được ứng dụng làm viên bao nang trong dược phẩm trong khoảng 20 năm gần
đây và chủ yếu là ở Châu Âu. Hiện nay, lượng tiêu thụ trên thế giới ước tính
hàng năm khoảng 100.000 triệu viên. Viên bao nang cứng, thành của viên bao
nang đòi hỏi phải bền và cứng nên cần thiết phải sử dụng gelatin có độ bền
gel cao và độ nhớt dung dịch giúp điều chỉnh độ dày của thành viên bao.
Nhiệt độ của dung dịch phải được giữ ổn định ở 45-55oC nhằm duy trì độ
nhớt không đổi [43][53].
Ngoài các ứng dụng kể trên, gelatin còn có trong thành phần của bọt
biển sử dụng để thấm và cầm máu trong nha khoa. Gelatin còn được dùng

trong các lĩnh vực như công nghệ nhiếp ảnh, sản xuất thuốc nhuộm, sơn,
mực in, màng polymer…Trong công nghệ mạ điện, gelatin giúp tạo ra một
lớp màng phủ đồng nhất và mỏng. 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 [55].


1.4. T nh h nh nghiên cứu trong nước và trên thế giới về phương pháp
thu nhận gelatin từ nguồn nguyên liệu thủy sản. Sử dụng enzym trong
sản xuất gelatin
1.4.1. T nh h nh nghiên cứu trên thế giới
Sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên và phế phụ phẩm của quá
trình sản xuất nông nghiệp nói chung và ngành chế biến thủy hải sản nói riêng
luôn là nhiệm vụ quan trọng và cấp thiết đối với các nhà nghiên cứu trên thế
giới. Ở các quốc gia phát triển công nghiệp chế biến thủy sản như Na Uy,
Phần Lan, Nhật Bản đã xây dựng những Viện nghiên cứu về sử dụng hợp lý
nguồn sinh vật có giá trị kinh tế thấp và phụ phẩm của quá trình chế biến tôm,
cá. Xử lý các phế phụ phẩm này không những góp phần làm sạch môi trường
mà còn tận dụng được nguồn nguyên liệu có sẵn, giá rẻ tạo ra chất bổ sung
dinh dưỡng chứa các hoạt chất sinh học, có lợi cho sức khỏe con người như
axit amin, axit béo...[18][43].
Theo báo cáo gần đây, hàng năm lượng tiêu thụ gelatin trên thế giới đạt
326.000 tấn, trong đó gelatin sản xuất từ da lợn chiếm đa số (46%), sau đó
đến da bò (29,4%), xương bò (23,1%) và một số nguồn khác (trong đó có
gelatin từ cá) (1,5%) [44]. Tuy nhiên, gelatin sản xuất từ da heo không được
chấp nhận ở các nước hồi giáo, trong khi đó các nước Ấn Độ giáo thì gelatin
sản xuất từ bò chỉ được chấp nhận khi đã làm theo những đòi hỏi của tôn giáo
này. Ngoài ra, dịch bệnh bò điên đã làm nguồn tiêu thụ thịt bò trong những
năm gần đây giảm, do đó nguồn nguyên liệu sản xuất gelatin từ da và xương
bò giảm một cách đáng kể. Vì vậy, một vấn đề được đặt ra là tìm kiếm nguồn

nguyên liệu mới để thay thế [43].
Gelatin có nguồn gốc thủy sản được nghiên cứu từ những năm 1950.
Trong những thập kỷ gần đây, có nhiều nghiên cứu về công nghệ chiết xuất
gelatin từ phụ phẩm chế biến cá, chủ yếu là da và xương [21][39][41]. Việc


sử dụng vảy cá để chiết tách collagen và gelatin cũng được báo cáo từ cá
tuyết, cá rô phi, cá mòi, cá trống đen, cá cừu và cá hồng đỏ [40][47][48][61],
vảy cá nước ngọt [64], cá chép đầu to [59], một số loài cá biển Nhật Bản và
Việt Nam [44], cá chẽm nước lợ Thổ Nhĩ Kỳ [28].
Quy trình công nghệ chung thu nhận gelatin bao gồm những giai đoạn
chính sau: thu nguyên liệu đầu vào, xử lý sơ bộ nguyên liệu, thủy phân
nguyên liệu (bao gồm cả giai đoạn chiết xuất), tinh sạch và cô đặc dịch gelatin
lỏng, sấy khô, đóng gói và bảo quản [34][35][37]. Trong đó, giai đoạn chiết
xuất là chìa khóa then chốt, giữ vai trò chính trong việc quyết định chất lượng
sản phẩm. Phân tích tài liệu về công nghệ sản xuất gelatin từ phụ phẩm của
quá trình chế biến thủy hải sản và các nguồn khác thấy rằng các chuỗi
polypeptit được tách chiết chủ yếu bằng phương pháp hóa học. Trong đó
phương pháp xử lý bằng axit được cho là phổ biến hơn cả. Các loại axit
thường dùng là: axit citric, axit phosphoric, axit ascorbic, axit sunfuric, axit
phosphoric, axit axetic [34][35][37][39].
Năm 2000, Lefebvure và cộng sự đã đề xuất ra phương pháp sản xuất
sản phẩm thủy phân collagen từ da cá bằng cách xử lý bằng axit. Theo nhóm
tác giả này, da cá sau khi rửa bằng dung dịch axit loãng được xử lý bằng axit
vô cơ hoặc axit hữu cơ. Nhóm axit hữu cơ được dùng là axit axetic, axit
lactic, axit oxalic. Nhóm axit vô cơ được dùng là axit clohydric, axit
phosphoric, axit sunfuric. Quá trình trích ly được thực hiện ở pH < 5, tối ưu ở
giá trị pH 2,5-4,5 trong khoảng thời gian là 5 giờ [49].
Theo Dolganova và cộng sự (2002), gelatin thu nhận từ vẩy cá bao gồm
các giai đoạn chính sau: rửa nguyên liệu, xử lý bằng axit, xử lý nguyên liệu

bằng kiềm, trích ly protein, lọc, sấy khô, nghiền nhỏ và đóng gói. Nguyên liệu
sau khi rửa được xử lý ngâm bằng axit sunfuric, axit clohidric hoặc axit axetic
nồng độ 2-10% từ 18-20 giờ, tỉ lệ nguyên liệu và dung dịch axit là 1:5. Giai


đoạn xử lý bằng kiềm dùng dung dịch nước vôi trong. Nguyên liệu sau khi xử
o

lý sơ bộ được trích ly qua 2 giai đoạn ở nhiệt độ 50-75 C, tỉ lệ nguyên
liệu/dung môi là 1:2. Sản phẩm tạo thành chứa 85% protein, hàm lượng
khoáng 1,3%, được ứng dụng trong dược phẩm để tạo viên nang cứng và ứng
dụng để khôi phục các tác phẩm hội họa [50][62].
Gần đây, Dinçer và cộng sự (2015) đã đề xuất phương pháp sản xuất
collagen tuýp 1 và gelatin từ vảy cá chẽm nước lợ Thổ Nhĩ Kỳ
(Dicentrarchus labrax). Gelatin loại A được sản xuất bằng phương pháp dùng
axit axetic. Sản phẩm tạo thành chứa 96% hàm lượng protein (tính theo trọng
lượng khô), trong đó proline và hydroxyproline là 2 axit amin có hàm lượng
cao nhất. Ngoài ra, nhóm tác giả cũng đánh giá một số đặc tính lý hóa của
gelatin: pH, độ nhớt và độ bền gel [28].
Theo quan điểm của nhiều tác giả, xử lý phế phụ phẩm cá bằng axit sẽ
rút ngắn thời gian so với xử lý bằng kiềm, độ thủy phân sâu hơn. Dùng axit
còn có giá trị kinh tế do rẻ hơn so với các loại tác nhân khác, đồng thời không
cần thiết phải dùng chất bảo quản mà thời gian bảo quản bán thành phẩm và
hạn sử dụng sản phẩm lâu hơn so với các phương pháp khác. Tuy nhiên, dùng
axit có thể dẫn đến một số ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sản phẩm, đó
là làm giảm giá trị dinh dưỡng của gelatin vì có thể phá hủy một phần các loại
axit amin như methionine, cysteine, hystidine, arginine. Sản phẩm tạo thành
khi dùng phương pháp axit có chỉ tiêu cảm quan chưa tốt, bị tối màu là kết quả
của phản ứng giữa sản phẩm phân hủy tryptophan và andehit. Ngoài ra để
ứng dụng phương pháp axit, phòng thí nghiệm và cơ sở sản xuất cần trang bị

sẵn nồi phản ứng và các thiết bị chống ăn mòn và bền với loại hóa chất này
[58].
Nguyên liệu chứa protein xử lý bằng kiềm với mục đích loại bỏ tạp
chất, làm đứt một phần các liên kết trong mạch polypeptit. Thông thường ở
phương pháp này người ta dùng dung dịch sodium hydroxide hoặc nước vôi