Chiết xuất collagen từ da cá basa (pangasius bocourti) và triển vọng ứng dụng bổ sung vào kem dưỡng da

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

––––––––

NGUYỄN THỊ LÀI

CHIẾT XUẤT COLLAGEN TỪ DA CÁ BASA
(Pangasius bocourti) VÀ TRIỂN VỌNG ỨNG DỤNG
BỔ SUNG VÀO KEM DƯỠNG DA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học)

Nha Trang, tháng 6 năm 2017


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

––––––––

NGUYỄN THỊ LÀI

CHIẾT XUẤT COLLAGEN TỪ DA CÁ BASA
(Pangasius bocourti) VÀ TRIỂN VỌNG ỨNG DỤNG
BỔ SUNG VÀO KEM DƯỠNG DA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

(Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
TS. TRẦN THỊ HỒNG QUYÊN

Nha Trang, tháng 6 năm 2017


Trường Đại học Nha Trang

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Khoa: CNTP

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ Mơn Hóa Học
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Thị Hoàng Quyên
Tên đề tài: “Chiết xuất collagen từ da cá basa (Pangasius bocourti) và triển vọng
ứng dụng bổ sung vào kem dưỡng da”
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Lài

MSSV: 55134888

Lớp: 55CNHH
Nội dung nhận xét:
Hình thức: ..........................................................................................................................
Nội dung: ...........................................................................................................................
Những vấn đề còn hạn chế: ...............................................................................................

............................................................................................................................................
Kết luận, kiến nghị và điểm:..............................................................................................
……………………………………………………………………………………………
Nha Trang, ngày 03 tháng 07 năm 2017
Cán bộ hướng dẫn
Ký tên


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Tên đề tài: “Chiết xuất collagen từ da cá basa (Pangasius bocourti) và triển vọng
ứng dụng bổ sung vào kem dưỡng da”
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Lài

MSSV: 55134888

Lớp: 55CNHH
Nội dung nhận xét:
Hình thức: ................................................................................................................
.................................................................................................................................
Nội dung: .................................................................................................................
..................................................................................................................................
Những vấn đề còn hạn chế: .......................................................................................
Kết luận, kiến nghị và điểm:......................................................................................
..................................................................................................................................
Nha Trang, ngày 03 tháng 07 năm 2017
Cán bộ phản biện
Ký tên


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài vì kinh nghiệm cịn ít ỏi và kiến thức
cịn hạn chế nên em đã gặp rất nhiều khó khăn, nhưng bên cạnh những khó khăn
gặp phải thì em cũng nhận được rất nhiều sự động viên, ủng hộ, giúp đỡ từ bạn bè,
thầy cơ. Chính những tình cảm tốt đẹp ấy, đã giúp em hoàn thành đề tài nghiên cứu
của mình và có được những kinh nghiệm, kiến thức mới hữu ích cho bản thân. Nay
em xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất tới:
Ban Giám Hiệu trường Đại học Nha Trang, Lãnh đạo Khoa Công nghệ Thực
phẩm cùng tất cả Quý Thầy Cô trong Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Hóa học đã tận
tình truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình
học tập và rèn luyện tại Trường.
Em cảm ơn đến các Cán bộ quản lý Phịng thí nghiệm khu Cơng Nghệ Cao,
các phịng thí nghiệm Hóa, các Khoa, Phịng Ban chức năng đã giúp đỡ, tạo điều
kiện trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới GV. TS. Trần Thị Hoàng
Quyên, GV.TS. Phan Vĩnh Thịnh đã quan tâm giúp đỡ, tận tình hướng dẫn em hồn
thành tốt đề tài tốt nghiệp này trong thời gian qua.
Xin cảm ơn các bạn lớp 55CNHH đã giúp đỡ, chia sẻ, đóng góp ý kiến. Cảm
ơn gia đình đã ln bên cạnh ủng hộ, quan tâm, giúp đỡ trong suốt thời gian làm
đề tài.
Do điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm cịn hạn chế nên khơng tránh
khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý từ Q Thầy Cơ cùng các bạn để đề
tài của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên ký tên

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................1

MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ viii
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................4
1.1. Tổng quan về collagen .....................................................................................4
1.1.1. Giới thiệu sơ lược về collagen .................................................................4
1.1.2. Các nguồn thu nhận collagen ..................................................................5
1.1.3. Cấu trúc của collagen ..............................................................................6
1.1.3.1. Cấu trúc phân tử của collagen ...................................................... 6
1.1.3.2. Cấu trúc dạng sợi của collagen .................................................... 7
1.1.4. Phân loại collagen....................................................................................8
1.1.5. Tính chất của collagen .............................................................................8
1.1.5.1. Tác dụng với nước ...................................................................... 8
1.1.5.2. Tác dụng với axit và kiềm ........................................................... 9
1.1.5.3. Sự biến tính collagen ................................................................. 10
1.1.5.4. Tính kỵ nước của collagen ......................................................... 11
1.1.5.5. Tính chất của dung dịch keo ...................................................... 11
1.1.6. Ứng dụng của collagen ..........................................................................12
1.1.6.1. Trong y học và dược phẩm ........................................................ 12
1.1.6.2. Trong công nghiệp mỹ phẩm ..................................................... 13
1.1.6.3. Trong sản xuất kẹo .................................................................... 13
1.1.6.4. Trong công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa ............. 14
ii


1.1.6.5. Trong công nghiệp sản xuất đồ uống .......................................... 15
1.1.6.6. Trong công nghiệp nhiếp ảnh..................................................... 15
1.2. Tổng quan về cá basa .....................................................................................15

1.2.1. Sơ lược về cá basa .................................................................................15
1.2.2. Đặc điểm sinh trưởng, sinh lý của cá basa ............................................16
1.2.3. Các sản phẩm được chế biến từ cá basa ................................................17
1.3. Tình hình nghiên cứu collagen trên thế giới và ở Việt Nam ..........................17
1.3.1. Tình hình nghiên cứu collagen trên thế giới .........................................17
1.3.2. Tình hình nghiên cứu collagen ở Việt Nam ..........................................21
1.4. Tổng quan về kem dưỡng da bổ sung collagen ..............................................22
1.4.1. Tổng quan về tác dụng làm chậm q trình lão hóa của kem dưỡng da
và q trình lão hóa da......................................................................................22
1.4.2. Tổng quan về kem dưỡng da có bổ sung collagen ................................24
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................26
2.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................26
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ..........................................................................26
2.2.1. Hóa chất .................................................................................................26
2.2.2. Dụng cụ .................................................................................................26
2.2.3. Thiết bị...................................................................................................26
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................27
2.3.1. Quy trình chiết collagen từ da cá basa...................................................27
2.3.1.1. Xử lý nguyên liệu...................................................................... 28
2.3.1.2. Quá trình khử béo ..................................................................... 28
2.3.1.3. Q trình khử khống ................................................................ 29
2.3.1.4. Quá trình khử màu, khử mùi ...................................................... 30
2.3.1.5. Chiết collagen ........................................................................... 30
2.3.1.6. Lọc dịch ................................................................................... 31
2.3.1.7. Kết tủa ...................................................................................... 31
iii


2.3.1.8. Lọc kết tủa, ly tâm .................................................................... 31
2.3.1.9. Tinh sạch bằng phương pháp thẩm tích ...................................... 31

2.3.1.10.Đơng khơ ................................................................................. 33
2.3.2. Xác định một số thành phần và tính chất collagen ................................33
2.3.2.1. Xác định hàm lượng ẩm trong collagen ...................................... 33
2.3.2.3. Xác định hàm lượng khoáng (tro) trong collagen ........................ 34
2.3.2.4. Xác định khối lượng phân tử collagen bằng phương pháp đo độ
nhớt
................................................................................................. 34
2.3.2.5. Xác định khối lượng phân tử collagen bằng phương pháp sắc ký lọc
gel
................................................................................................. 35
2.3.2.6. Xác định thành phần axit amin trong collagen bằng phương pháp
sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ......................................................... 35
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................37
3.1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình loại béo ......................37
3.1.1. Nồng độ NaOH loại béo ........................................................................37
3.1.2. Thời gian loại béo sử dụng NaOH nồng độ 0,2 M ................................38
3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến q trình khử khống................39
3.2.1. Dung mơi khử khống ...........................................................................39
3.2.2. Thời gian loại khống với axit citric .....................................................41
3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử màu, khử mùi .....42
3.3.1. Nồng độ H2O2 khử màu, khử mùi .........................................................42
3.3.2. Thời gian khử màu, khử mùi .................................................................43
3.4. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết collagen ............45
3.4.1. Nồng độ axit axetic dùng để chiết collagen bằng phương pháp không sử
dụng pepsin .......................................................................................................45
3.4.2. Tỷ lệ da cá/enzym để chiết collagen bằng phương pháp axit axetic
0,5 M kết hợp với enzym pepsin ......................................................................46
3.4.3. Thời gian chiết collagen ........................................................................47

iv

3.5. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tủa dịch lọc thu
được sau quá tình chiết .........................................................................................47
3.5.1. Nồng độ NaCl dùng để kết tủa dịch lọc ................................................47
3.5.2. Thời gian kết tủa dịch lọc với nồng độ NaCl 2,5 M ..............................48
3.6. Quy trình thu nhận collagen tối ưu sau quá trình khảo sát.............................49
3.7. Kết quả phân tích collagen thu được từ da cá basa ........................................51
3.7.1. Hàm lượng ẩm, khống trong collagen .................................................51
3.7.2. Kết quả hình ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho biết cấu
trúc collagen .....................................................................................................51
3.7.3. Thành phần axit amin trong collagen thu được từ da cá basa ...............53
3.7.4. Xác định khối lượng phân tử bằng phương pháp đo độ nhớt sử dụng
nhớt kế Ostwald ................................................................................................55
3.7.5. Xác định khối lượng phân tử của collagen bằng phương pháp sắc ký lọc gel.
...............................................................................................................57
3.8. Ứng dụng thử nghiệm bổ sung collagen vào kem dưỡng trắng da ................58
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................63

v


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ala:

Alanine

BSE:

Bovine Spongiform Encephalopathy

EDTA:

Ethylendiamin Tetraacetic Acid

Gly:

Glycine

HPLC:

High Performance Liquid Chromatography

Hyl:

Hydroxylproline

Pro:

Proline

SDS-PAGE:

Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel

electrophoresis (Điện di trên gel polyacrylamide)
SEM:

Scanning Electron Microscope

ASC:

Collagen hòa tan axit

ASEC:

Collagen hòa tan enzym pepsin

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Khảo sát nồng độ NaOH loại béo ........................................................................ 37
Bảng 3.2. Khảo sát thời gian loại béo với NaOH 0,2 M ...................................................... 39
Bảng 3.3. Khảo sát nồng độ HCl khử khoáng ..................................................................... 39
Bảng 3.4. Khảo sát nồng độ H2SO4 để loại khoáng ............................................................. 40
Bảng 3.5. Khảo sát nồng độ axit citric để khử khoáng ........................................................ 40
Bảng 3.6. Khảo sát thời gian tối ưu loại khoáng bằng axit citric nồng độ 0,003 M ............ 41
Bảng 3.7. Khảo sát nồng độ H2O2 loại màu, mùi ................................................................ 43
Bảng 3.8. Khảo sát thời gian loại màu, loại mùi bằng H2O2 1% ......................................... 43
Bảng 3.9. Khảo sát nồng độ axit axetic để chiết collagen ................................................... 45
Bảng 3.10. Khảo sát tỷ lệ enzym/da cá tối ưu để chiết collagen ......................................... 46
Bảng 3.11. Khảo sát thời gian chiết collagen tối ưu ............................................................ 47
Bảng 3.12. Khảo sát nồng độ NaCl để thu lượng tủa nhiều nhất ........................................ 47
Bảng 3.13. Khảo sát thời gian kết tủa tối ưu........................................................................ 48
Bảng 3.14. Thành phần hóa học trong collagen thu từ da cá basa ....................................... 51
Bảng 3.15. Thành phần axit amin trong collagen thu từ da cá basa .................................... 53
Bảng 3.16. Thời gian chảy của dung dịch và độ nhớt riêng ................................................ 55

Bảng 3.17. Tín hiệu thu được của quá trình sắc ký ............................................................. 57
Bảng 3.18. Thành phần hóa chất để phối trộn kem ............................................................. 60

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hình ảnh cấu trúc xoắn ba của collagen ................................................................ 7
Hình 1.2. Cấu trúc sợi của collagen. ...................................................................................... 8
Hình 1.3. Hình ảnh cá basa. ................................................................................................. 16
Hình 2.1. Quy trình chiết collagen ....................................................................................... 28
Hình 2.2. Hình ảnh mơ tả q trình thẩm tích . ................................................................... 33
Hình 3.1. Da cá loại béo bằng NaOH những nồng độ khác nhau trong 20 h. ..................... 37
Hình 3.2. Da cá ngâm NaOH với nồng độ 0,2 M và thời gian ngâm 20 h. ......................... 39
Hình 3.3. Khảo sát nồng độ axit citric khác nhau để loại khống trong 30 phút. ................ 41
Hình 3.4. Da cá đã được loại khoáng bằng axit citric nồng độ 0,003 M trong 30 phút. .............. 42
Hình 3.5. Khảo sát nồng độ H2O2 khử màu, khử mùi ở những nồng độ khác nhau. .................. 43
Hình 3.6. Da cá được loại màu, mùi bằng H2O2 với nồng độ 1% thời gian ngâm 3 h. .......... 44
Hình 3.7. Phân loại da cá sau khử màu, khử mùi. ............................................................... 44
Hình 3.8. Chiết collagen bằng axit axetic với những nồng độ khác nhau sau 24 h. .................... 45
Hình 3.9. Da cá sau khi chiết bằng axit axetic 0,5 M và enzym pepsin 1% trong thời gian
24 h. ..................................................................................................................................... 46
Hình 3.10. Dịch lọc thu được sau quá trình chiết. ............................................................... 48
Hình 3.11. Kết tủa thu được bằng NaCl 2,5 M, thời gian kết tủa 24 h. ............................... 49
Hình 3.12. Sơ đồ quy trình thu nhận collagen tối ưu ........................................................... 50
Hình 3.13. Hình ảnh SEM của collagen thu được từ da cá basa. ........................................ 51
Hình 3.14. Hình ảnh SEM của cá biển. ............................................................................... 52
Hình 3.15. Ảnh SEM của cá tầm sơng Amur. ..................................................................... 53
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ nhớt riêng vào nồng độ. ......................... 56
Hình 3.17. Tín hiệu thu được từ quá trình sắc ký. ............................................................... 57

Hình 3.18. Hình ảnh phóng to của sắc ký đồ. ...................................................................... 58
Hình 3.19. Nguyên liệu để khảo sát bổ sung collagen vào kem dưỡng da .......................... 59
Hình 3.20. Sản phẩm kem bổ sung collagen sau thời gian 2 tháng. .................................... 59

viii


LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong cuộc sống ngày nay với sự tiến bộ của khoa học công nghệ và sự phát
triển của kinh tế, thì cái đẹp luôn được con người ta coi trọng. Từ xa xưa thì
collagen đã được xem là loại thần dược kéo dài tuổi thanh xn vì collagen có hoạt
tính chống oxy hóa tự nhiên. Collagen được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực từ y
học, mỹ phẩm, thực phẩm cho đến công nghệ máy ảnh, do đó, collagen dường như
đã xuất hiện phổ biến trong đời sống của con người. Để bổ sung collagen cho da
ngồi việc ăn uống hằng ngày thì các chiết xuất từ nguồn tự nhiên cũng là nguồn sử
dụng an toàn, vừa tận dụng được nguồn tự nhiên và có thể tạo ra collagen có giá trị
thực tế. Hiện nay, các sản phẩm làm đẹp có chứa collagen rất phổ biến và đa dạng,
từ sữa rửa mặt, mặt nạ, kem dưỡng da cho đến viên uống bổ sung, thực phẩm chức
năng chứa collagen,…
Trên thế giới, collagen được sản xuất từ phế thải của các quá trình chế biến
da, xương và thịt động vật. Tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu mà người ta có
phương pháp sản xuất khác nhau. Ở Việt Nam, mặc dù đã có rất nhiều cơ sở công
nghiệp nuôi, chế biến cá basa và cá tra với tổng sản lượng thịt cá xuất khẩu đạt hơn
30.000 tấn/năm, nhưng da cá thì xuất khẩu trực tiếp với giá rất rẻ (khoảng 2–3 triệu
đồng/tấn cấp đơng), cịn phế liệu vụn và ruột cá chỉ làm thức ăn gia súc hoặc phân
bón. Việt Nam vẫn phải nhập khẩu một số lượng lớn các loại collagen để đáp ứng
nhu cầu của các ngành thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm trong nước.
Để tận dụng nguồn phế thải da cá từ q trình phi lê cá basa thì cần có một
hướng nghiên cứu giải quyết vấn đề này nhằm đem lại giá trị kinh tế cao. Nên tôi

chọn đề tài nghiên cứu thu nhận collagen tinh sạch từ da cá basa. Từ sản phẩm
collagen được chiết xuất từ da cá basa thử nghiệm triển vọng ứng dụng bổ sung
kem dưỡng da.
2. Mục tiêu đề tài
- Thu collagen tinh khiết từ da cá basa (khoáng < 1%, độ ẩm < 10%).

1


- Xác định được một số đặc tính của collagen: thành phần axit amin, khối
lượng phân tử, hình ảnh SEM cho biết cấu trúc của collagen.
- Thử nghiệm triển vọng bổ sung collagen vào kem dưỡng da.
3. Nội dung nghiên cứu
- Chiết xuất collagen từ da cá basa bằng phương pháp chiết sử dụng axit axetic
kết hợp enzym pepsin.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết collagen (nồng độ NaOH
loại béo; nồng độ axit citric khử khoáng; nồng độ H2O2 khử màu, khử mùi; nồng độ
axit axetic để chiết collagen; tỷ lệ enzym pepsin/da cá; nồng độ NaCl kết tủa) nhằm
tối ưu quá trình chiết.
- Nghiên cứu một số đặc tính của collagen thu được (hàm lượng khoáng, hàm
lượng ẩm, xác định khối lượng phân tử, thành phần axit amin, hình thái cấu trúc qua
hình ảnh chụp SEM).
- Thử nghiệm triển vọng bổ sung collagen vào kem dưỡng da đã được phối
trộn sẵn.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Chiết collagen bằng phương pháp chiết ngâm dầm.
- Xác định hàm lượng ẩm, khoáng bằng phương pháp sấy, nung.
- Xác định khối lượng phân tử bằng phương pháp sắc ký lọc gel.
- Xác định thành phần axit amin bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng
cao (HPLC).

- Tinh sạch collagen bằng phương pháp thẩm tích sử dụng đệm photphat.
- Thử nghiệm bổ sung collagen vào kem dưỡng da bằng phương pháp
đồng hóa.
5. Đối tượng nghiên cứu
Da cá basa (Pangasius bocourti) được thu mua sau quá trình phi lê ở siêu thị
Lotte Mart Nha Trang, phường Phương Sơn, thành phố Nha Trang. Lựa chọn những
con cá có kích thước gần bằng nhau khoảng 1,82,0 kg. Lọc lấy da, cạo bỏ hết phần
thịt và bảo quản đông.
2


6. Khoa học và thực tiễn của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Xác định điều kiện tách chiết collagen tinh sạch từ da cá basa có hiệu
suất cao.
- Xác định được thành phần hóa học (độ ẩm, hàm lượng khống), khối lượng
phân tử, hình thái bề mặt, thành phần axit amin của collagen thu từ da cá basa.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu này đưa ra được quy trình chiết xuất collagen tinh sạch từ cá
basa (Pangasius bocourti) nuôi ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, Việt Nam với điều
kiện tối ưu nhất cho hiệu suất cao và chỉ ra được triển vọng bổ sung collagen vào
các sản phẩm chăm sóc da.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về collagen
1.1.1. Giới thiệu sơ lược về collagen
Từ "collagen" có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp 'Kolla’ nghĩa keo và ‘genos’ là

hình thành [11]. Collagen là một dạng đặc biệt của protein, collagen là protein chính
của mơ liên kết trong động vật và các protein có nhiều nhất trong động vật có vú.
Chiếm khoảng 25% đến 35% protein toàn thân. Collagen chiếm 1% đến 2% của mơ
cơ, và chiếm 6% tính theo trọng lượng gân, cơ bắp [12]. Nó là thành phần chính của
các mô liên kết giúp các tế bào liên kết lại với nhau [1]. 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 thành phần của da, collagen chiếm
khoảng 70% cấu trúc da và được phân bố ở lớp hạ bì của da, 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,… Nó đóng vai trị kết nối tế bào, kích thích q trình trao đổi chất, tạo độ đàn
hồi cho da. Sự suy giảm về số lượng và chất lượng collagen sẽ dẫn đến hậu quả lão
hóa của cơ thể mà sự thay đổi trên da tay, da chân, khuôn mặt là dấu hiệu dễ nhận
biết nhất: làn da bị khô, nhăn nheo bắt đầu từ các đường nhăn mảnh trên khóe mắt,
khóe miệng, lâu dần thành nếp nhăn sâu, các đường nét khuôn mặt bị chùng nhão và
chảy xệ. Tùy theo độ tuổi, điều kiện sống và tác động của mơi trường, da có thể bị
lão hóa hoặc tổn thương, khi đó sợi collagen sẽ mất dần tính đàn hồi và săn chắc do
cấu trúc collagen bị phá hủy. Chính vì vậy, collagen đóng vai trò là một trong
những chất quan trọng hàng đầu của ngành mỹ phẩm, đặc biệt là chăm sóc da, phẫu
thuật thẩm mỹ, phẫu thuật bỏng,…[17].
Có thể nói, mất collagen là một trong những yếu tố quan trọng tạo nên sự già
nua khơng chỉ ở dáng vẻ bên ngồi mà còn ở việc suy giảm cấu trúc và chức năng

4


của các cơ quan trong cơ thể. Sự linh hoạt của nó là nhờ vào cấu trúc bậc phức tạp,
tạo nên sự đa dạng trong tính chất nhằm phục vụ những chức năng nhất định [18].
1.1.2. Các nguồn thu nhận collagen
Hầu hết các collagen có nguồn gốc từ da bị và lợn. Do sự bùng phát của dịch

bệnh động vật nhất định như bò điên, chân và các bệnh miệng đã gây ra những hạn
chế về việc sử dụng collagen động vật do có một khả năng của các bệnh lây truyền
qua cho con người [11]. Ngoài ra, người Hồi giáo và người Do Thái không chấp
nhận bất kỳ sản phẩm thực phẩm lợn liên quan, trong khi người Hindu khơng tiêu
thụ các sản phẩm trên [11]. Do đó, các nhà khoa học đang tập trung vào nghiên cứu
để tìm ra nguồn collagen thay thế và collagen cá được coi là sự thay thế tốt nhất vì
tiện lợi cao của nó, khơng có nguy cơ lây truyền bệnh và khơng có rào cản tơn
giáo [12]. Chất thải chế biến cá, bởi đánh bắt chưa sử dụng cũng như các loài cá sử
dụng đúng mức, là những yếu tố hứa hẹn cho việc khai thác các collagen cá. Phế
thải chế biến cá thường bao gồm da, xương, vảy và vây. Ấn Độ tạo ra hơn 2 triệu
tấn chất thải mỗi năm từ hoạt động chế biến cá. Chất thải chế biến từ cá nhiều
khoảng 7085% tổng trọng lượng của đánh bắt. Chúng thường được đổ vào đất
hoặc kéo vào đại dương. Xử lý các chất thải cũng đặt ra vấn đề môi trường cho chế
biến thủy sản [11]. Việt Nam là nước đang phát triển, có nền nơng nghiệp với các
sản phẩm phong phú. Trong đó, các sản phẩm từ cá chiếm một phần lớn trong kim
ngạch xuất khẩu. Những năm gần đây, việc nuôi cá da trơn (cá tra, cá basa,…) rất
phát triển, đặc biệt ở Đồng bằng sông Cửu Long. Trong q trình chế biến cá, bên
cạnh những chính phẩm dùng cho việc xuất khẩu là một khối lượng lớn các phụ
phẩm như: da, xương, vây,… Đây là những nguồn giàu collagen, có thể sử dụng
thay thế cho những nguồn cung cấp collagen trước kia như da, xương từ bị, lợn.
Việc sử dụng những phế phẩm này góp phần làm tăng kinh tế của các loài cá da
trơn ở nước ta.
Trong số những nguồn thay thế, cá cung cấp nguồn ngun liệu tốt nhất vì:
- Dễ tìm, có sẵn trong tự nhiên [11].
- Không liên quan với nguy cơ bệnh bò điên (BSE) bùng phát [12].
5


- Collagen cá là chấp nhận được đối với Hồi giáo và với hạn chế tối thiểu cho
Do Thái giáo [12].

- Có khả năng thu nhận được collagen với hiệu suất cao [11].
- Giải quyết được vấn đề ô nhiễm mơi trường do chất thải từ q trình chế
biến cá.
- Phù hợp hơn cho làn da của con người hơn collagen từ chăn nuôi và gia cầm.
Cho đến nay, hầu hết các loại mỹ phẩm trên nền collagen đều có chứa
protein chiết xuất từ gia súc. Nhưng do sự bộc phát của các loại bệnh nên collagen
từ gia súc đang dần rút khỏi phạm vi sử dụng, thay vào đó là nguồn collagen được
trích từ cá, đặc biệt là da cá trơn. Nguồn collagen được chiết tách từ nguồn nguyên
liệu này có nhiều đặc điểm tốt hơn cho việc ứng dụng trong thực phẩm, y học và mỹ
phẩm. Trong công nghệp sản xuất mỹ phẩm, mỹ phẩm trên nền collagen từ gia súc
có tốc độ hấp thụ rất chậm trên da người. Nhưng nguồn collagen trích ly từ cá thì
hấp thu hồn tồn trên da người. Vì cá sống trong phạm vi lớn với các điều kiện về
nhiệt độ, độ sâu và áp suất khác nhau. Điều này có nghĩa là collagen trích từ da cá
có một sức chống chịu đặc biệt với các phá hủy lý và hóa học [12].
1.1.3. Cấu trúc của collagen
1.1.3.1. Cấu trúc phân tử của collagen
Collagen có kết cấu rất phức tạp. Tropocollagen hay «phân tử collagen» là
một đơn vị lớn hơn của collagen, nó dài khoảng 300 nm với đường kính 1,5 nm, tạo
thành bởi ba chuỗi polypeptit, mỗi chuỗi này đều được sắp xếp theo một đường
xoắn ốc phía tay trái (hình 1.1).
Ba chuỗi xoắn ốc được cuộn cùng nhau chiều thuận tay phải, «đường xoắn
ốc đặc biệt» hoặc đường xoắn ốc bộ ba, một cấu trúc bậc bốn được ổn định bởi
nhiều liên kết hydro. Một đặc điểm đặc trưng của collagen là sự sắp xếp đều đặn
của các axit amin trong mỗi chuỗi mắt xích của từng chuỗi xoắn ốc collagen này.
Thông thường, các chuỗi theo mẫu sau: Gly-Pro-Y hoặc Gly-X-Hyl, ở đây X và Y
là các axit amin còn lại.

6

Hình 1.1. Hình ảnh cấu trúc xoắn ba của collagen [20].
- Proline hoặc hydroxyproline tạo nên khoảng 1/6 tổng số chuỗi.
- Glycine chiếm 1/3 số chuỗi, điều này có nghĩa là khoảng nửa chuỗi collagen
không chứa glycine, proline hoặc hydroxyproline, các nhóm GXY khác thường
trong các chuỗi peptit collagen anpha. Sự phân bố đều đặn với hàm lượng glycine
cao được tìm thấy ở một số ít loại protein dạng sợi, như sợi tơ tằm. Chiếm từ
7580% của tơ tằm là: Gly-Ala-Gly-Ala với 10% serine [20].
1.1.3.2. Cấu trúc dạng 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 bao gồm từ 48 phân tử collagen hoặc với số
lượng nhiều hơn sẽ tạo thành các sợi. Những sợi này có đường kính từ 10500 nm
tùy thuộc vào loại mơ và giai đoạn phát triển. Các sợi collagen sẽ thiết lập nên các
sợi lớn hơn và cao hơn nữa là các bó sợi [17].
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 lớn hơn sẽ kết hợp với nhau tạo
thành những bó sợi collagen. Các sợi collagen được sắp xếp với những cách thức
kết hợp và mức độ tập trung khác nhau để cung cấp đặc tính khác nhau của mơ
(hình 1.2) [17].
Các chuỗi collagen sắp xếp song song theo chiều dọc tạo thành các sợi với
tính chu kì nhất định. Chúng được sắp xếp so le nhau một khoảng 67 nm và có một
khoảng trống 40 nm giữa những phân tử liền kề nhau [1].

7


Hình 1.2. Cấu trúc sợi của collagen [12].
Nhờ vào cấu trúc có thứ bậc, độ bền vốn có của các chuỗi xoắn ốc được
chuyển sang các sợi collagen, tạo cho các mơ có độ cứng, độ đàn hồi và những đặc
tính cơ học riêng biệt [17].

1.1.4. Phân loại collagen
Collagen tồn tại ở nhiều bộ phận trong cơ thể. Đã có 29 loại collagen được
tìm thấy và cơng bố trong các tài liệu khoa học. Sự đa dạng của loại collagen
(collagen I, II, III) chủ yếu được xác định bởi sự tồn tại của một số axit amin với số
lượng axit amin khác nhau.
- Collagen loại I: có trong da, gân, mạch máu, các cơ quan, xương (thành phần
chính của xương). Là chất dồi dào nhất trong cơ thể người. Nó tạo thành hơn 90%
khối lượng xương cơ bản và nó là collagen chính của dây chằng, giác mạc và nhiều
mơ liên kết [4].
- Collagen loại II: có trong sụn xương (thành phần chính của sụn).
- Collagen loại III: da, vách mạch, các sợi tế bào của hầu hết các mô (phổi,
gan, lá lách,...) [4].
- Collagen loại IV: thành phần chính cấu tạo màng tế bào [4].
- Collagen loại V: phổi, giác mạc, tóc, màng trong bào thai và xương [4].
Các bệnh về collagen thường do sự khiếm khuyết của collagen gây nên tác
động cho q trình tổng hợp sinh hóa, sự sắp xếp, sự sao chép bị thay đổi, hoặc các
quá trình khác trong việc hình thành của collagen [20].
1.1.5. Tính chất của collagen
1.1.5.1. Tác dụng với nước
8


Collagen khơng hịa tan trong nước mà nó trương nở trong nước, nguyên nhân
là do tương tác giữa các mạch polypeptit làm cho phân tử có những vùng kỵ nước và
vùng phân cực mang điện tích sẽ tạo nên khả năng háo nước làm trương nở collagen.
Cứ 100 g collagen khơ có thể hút được khoảng 200 g nước. Collagen kết hợp với nước,
trương nở trong nước, độ dày tăng lên chừng 25% nhưng độ dày tăng lên không đáng
kể, tổng thể tích của phân tử collagen tăng lên 23 lần. Do nước phân cực tác dụng liên
kết phối trí của collagen làm giảm tính vững chắc của sợi collagen từ 34 lần. Khi
nhiệt độ tăng cao, tính hoạt động của mạch polypeptit tăng mạnh, làm cho mạch bị yếu

và bắt đầu đứt thành những mạch polypeptit tương đối nhỏ [17].
1.1.5.2. Tác dụng với axit và kiềm
Collagen có thể tác dụng với axit và kiềm, do trên mạch của collagen có gốc
cacboxyl và amin. Hai gốc này quyết định hai tính chất của nó. Trong điều kiện có
axit tồn tại, ion của nó tác dụng với gốc amin, điện tích trên cacboxyl bị ức chế
(hình thành axit yếu có độ ion hóa thấp). Trái lại gốc amin bị ion hóa tạo NH3 [17].
Môi trường H+

Môi trường OH

9


Trong điều kiện có nước, nước có thể tác dụng với nhóm gốc có mang điện
trong kết cấu protit và những ion Na+, Cl hình thành tác dụng hợp nước phụ của
collagen, khiến collagen trong mơi trường axit, kiềm có độ hút nước cao hơn trong
nước nguyên chất. Ngoài ra, axit và kiềm có thể làm cho collagen biến đổi như sau:

- Cắt đứt mạch muối (liên kết giữa – NH3…COO) làm đứt mạch peptit trong
mạch chính.
- Làm đứt liên kết hydrogen giữa gốc –CO…NH của mạch xung quanh nó.
- Làm axit amin bị phân hủy giải phóng amoniac [17].
Theo kết quả nghiên cứu tác dụng của vôi đối với collagen có thể làm tăng
độ phân giải của nó rất mạnh, trong điều kiện nhiệt độ thường thời gian dài có thể
xúc tiến sự phân giải của collagen lúc nhiệt độ tăng lên hoặc xử lý bằng kiềm thì độ
phân giải tăng lên [17].
Trong môi trường axit dưới tác dụng của nhiệt độ collagen có thể phân giải
biến thành gelatin theo phản ứng:

to,xt

C102H149N31O38 +

H2 O

C102H151N31O39

(Collagen)

(Gelatin)

Ngoài ra, collagen trong dung dịch muối trung tính cùng với gốc –COOH và
NH2 tạo thành các hợp chất muối. Tác dụng phân giải collagen của NaCl so với
Na2SO4 mạnh hơn (do độ điện ly của NaCl lớn hơn).
1.1.5.3. Sự biến tính collagen
Dưới tác dụng của các chất hóa học như axit, bazơ, muối, các dung môi như
rượu, các tác nhân vật lý như khuấy trộn cơ học, nghiền, tia cực tím,… Cấu trúc
xoắn bậc ba của collagen bị biến đổi làm cho các liên kết hydro, các liên kết ion bị
10


phá vỡ nhưng không phá vỡ được liên kết peptit, tức là cấu trúc bậc một vẫn
giữ nguyên.
Sau khi bị biến tính collagen thường có các tính chất sau [17]:
- Độ hịa tan giảm do làm lộ các nhóm kỵ nước vốn ở bên trong phân tử
protein. Tức là khi collagen chưa biến tính, các axit amin có các nhóm kỵ nước nằm
bên trong phân tử collagen. Khi bị biến tính, phân tử collagen lúc này chỉ là trình tự
sắp xếp các axit amin mạch thẳng, làm cho các nhóm kỵ nước lộ ra nên độ hòa tan
cả collagen giảm đi.
- Khả năng giữ nước giảm, cấu trúc bậc bốn giúp cho collagen có khả năng
hydrat tạo thành màng hydrat bao quanh. Khi biến tính mất đi cấu trúc bậc bốn thì

khả năng hydrat hóa khơng cịn, vì thế nên collagen giữ nước kém.
- Hoạt tính sinh học ban đầu mất đi. Do hoạt tính sinh học của một protein
được quyết định bởi các cấu trúc bậc hai, bậc ba và bậc bốn. Khi cấu trúc này mất
đi, protein chỉ là các polypeptit, và khơng có hoạt tính sinh học.
- Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzym proteaza do làm xuất hiện các
liên kết peptit đối với trung tâm hoạt động của proteaza.
- Tăng độ nhớt nội tại.
- Mất khả năng kết tinh, collagen có khả năng kết tinh trong các môi trường
muối hoặc cồn. Ở các điều kiện pH nhất định dung dịch collagen không bền và kết
tinh gọi là pH đẳng điện. Khi bị biến tính điểm đẳng điện của protein khơng cịn và
chúng khó có thể kết tinh.
1.1.5.4. Tính kỵ nước của collagen
Do các gốc kỵ nước của axit amin trong chuỗi polypeptit của collagen hướng ra
ngoài, các gốc này liên kết với nhau tạo liên kết kỵ nước. Độ kỵ nước có thể giải thích
là do các axit amin có chứa gốc R khơng phân cực nên nó khơng có khả năng tác
dụng với nước. Tính kỵ nước sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến tính tan của collagen [17].
1.1.5.5. Tính chất của dung dịch keo
Khi hịa tan protein thành dung dịch keo thì nó khơng đi qua màng bán
thấm. Hai yếu tố đảm bảo độ bền của dung dịch keo là [17]:
11


- Sự tích điện cùng dấu của các protein.
- Lớp vỏ hydrat bao quanh phân tử protein.
- Khi dung dịch keo khơng bền, sẽ có hai dạng kết tủa: kết tủa thuận nghịch và
kết tủa không thuận nghịch.
+ Kết tủa thuận nghịch: sau khi chúng loại bỏ các yếu tố gây kết tủa thì protein
vẫn có thể trở lại trạng thái dung dịch keo bền như ban đầu.
+ Kết tủa không thuận nghịch: sau khi chúng ta loại bỏ các yếu tố gây kết tủa
thì protein khơng trở về trạng thái dung dịch keo bền vững như trước nữa.

- Tính chất hydrat hóa của collagen. Trong q trình hydrat hóa, protein tương
tác với nước qua các nối peptit hoặc các gốc R ở mạch bên nhờ liên kết hydro. Khi
nhiệt độ tăng thì khả năng giữ nước của collagen giảm do làm giảm các liên
kết hydro.
1.1.6. Ứng dụng của collagen
Collagen được ứng dụng rộng rãi trong da, công nghiệp điện ảnh, dược
phẩm, mỹ phẩm và vật liệu y sinh và thực phẩm. Là một phần quan trọng của cơ thể
(25% tổng lượng protein trong cơ thể), tầm quan trọng của collagen trong đời sống
là rất đa dạng. Ngày nay, những ứng dụng từ collagen được khai thác rất tốt đáp
ứng nhu cầu của con người, phục vụ tốt hơn mức sống ngày càng tăng của con
người. Trong tương lai, với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ hi vọng sẽ tạo ra
ra nhiều sản phẩm từ collagen giúp cải thiện đời sống con người [21].
1.1.6.1. Trong y học và dược phẩm
Collagen là một vật liệu có khả năng phân hủy sinh học, tác dụng của
collagen dựa trên sự kết hợp khả năng tạo màng và tạo gel một cách tự nhiên.
Collagen được sử dụng lĩnh vực y dược có mùi và vị trung hịa, khơng gây dị ứng
và được hấp thụ hoàn toàn trong cơ thể con người, 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.
Các đặc tính kỹ thuật của collagen được ứng dụng trong cơng nghệ
dược phẩm [21]:
12


-

Là một chất keo bảo vệ các thành phần nhạy cảm khỏi tác động của sự oxy

hóa ánh sáng, sự hấp thụ ẩm, tạo mùi vị trung hòa, là chất ổn định của hệ nhũ
tương, huyền phù. Collagen được hấp thụ dễ dàng vào trong cơ thể và không gây dị

ứng. Ứng dụng một số đặc tính này người ta dùng collagen trong công nghệ sản
xuất bao thuốc uống.
-

Là chất tạo bọt và ổn định trong quá trình sản xuất chất bọt cầm máu. Đặc

tính này dùng để làm chất cầm máu, hàn gắn vết thương,…
- Có thể sử dụng làm chất thay thế máu tạm thời (plasma expander) giúp thay
thế lượng máu đã mất, phục hồi lại thể tích máu và duy trì mức áp suất thích hợp,
thành phần “Plasma expander” có chứa khoảng 3,55,5% collagen.
- Đặc biệt, trong kỹ thuật nội soi và phẫu thuật thẩm mỹ, dịch thủy phân
collagen được ứng dụng để bôi vào các ống nội soi, có tác dụng bơi trơn, vì thế các
bác sĩ dễ dàng đưa các ống này vào cơ thể bệnh nhân mà không gây đau. Sau thời
gian từ 4060 phút, collagen sẽ tan trong cơ thể bệnh nhân mà khơng gây hại gì và
vì collagen cịn là một polyme tự nhiên tạo cấu trúc cho da nên nó được dùng trong
phẫu thuật tạo hình như bơm mơi, căng da mặt,...
1.1.6.2. Trong cơng nghiệp mỹ phẩm
Collagen có tác dụng chống lão hóa, ngăn ngừa và cải thiện nếp nhăn.
Khoảng 70% cấu trúc của da là collagen, phân bố chủ yếu ở lớp hạ bì của da.
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. Ngồi ra, collagen cịn được bổ sung
vào một số sản phẩm dưỡng tóc để phục hồi tóc [21].
1.1.6.3. Trong sản xuất kẹo
Trong sản xuất kẹo, hai chỉ số quan trọng của dịch thủy phân collagen là chỉ
số Bloom và độ nhớt. Tùy vào từng loại mà yêu cầu về hai chỉ số này khác nhau.
Chức năng của collagen là tạo nên sự bền bọt, tham gia tạo cấu trúc, độ dai của
sản phẩm,…

13