Luận Văn Nghiên cứu sản xuất GELATIN từ da cá

(Luận văn này được trình bày rõ ràng chi tiết, có thể copy được từng câu, từng đoạn và chỉnh sửa dễ dàng)




MỤC LỤC



MỤC LỤC--------------------------------------------------------------------------------- i

DANH MỤC BẢNG -------------------------------------------------------------------iv

DANH MỤC HÌNH --------------------------------------------------------------------vi

Chương 1 GELATIN -------------------------------------------------------------------1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GELATIN----------------------------------------1

1.1.1 Gelatin là gì --------------------------------------------------------------------1

1.1.2 Lịch sử gelatin -----------------------------------------------------------------5

1.2 CẤU TẠO GELATIN -----------------------------------------------------------6

1.2.1 Thành phần hóa học của gelatin----------------------------------------------6

1.2.2 Cấu trúc phân tử của gelatin --------------------------------------------------8

1.2.3 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin ------------------------------- 10

1.3 PHÂN LOẠI GELATIN ------------------------------------------------------ 12

1.3.1 Phân loại theo nguyên liệu sản xuất --------------------------------------- 12

1.3.2 Phân loại theo phương pháp sản xuất gelatin ----------------------------- 14

1.3.3 Cách phân loại khác --------------------------------------------------------- 15

1.4 TÍNH CHẤT CỦA GELATIN ----------------------------------------------- 16

1.4.1 Tính chất vật lí --------------------------------------------------------------- 16

1.4.2 Điểm đẳng điện -------------------------------------------------------------- 17

1.4.3 Độ nhớt ----------------------------------------------------------------------- 17

1.4.4 Khả năng tạo gel ------------------------------------------------------------- 18

1.4.5 Khả năng tạo màng của hỗn hợp gelatin với các phụ gia khác ---------- 25

1.5 ỨNG DỤNG--------------------------------------------------------------------- 28

1.5.1 Trong công nghiệp thực phẩm --------------------------------------------- 29

1.5.2 Công nghiệp dược phẩm ---------------------------------------------------- 34

1.5.3 Công nghiệp hình ảnh ------------------------------------------------------- 35

1.5.4 Các lĩnh vực khác------------------------------------------------------------ 36

ii

1.5.5 Qui định sử dụng ------------------------------------------------------------ 36

1.6 PHưƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN --------------------------------- 37

1.6.1 Quá trình tiền xử lí ---------------------------------------------------------- 37

1.6.2 Quá trình trích li ------------------------------------------------------------- 40

1.6.3 Quá trình tinh sạch ---------------------------------------------------------- 40

1.6.4 Quá trình cô đặc ------------------------------------------------------------- 40

1.6.5 Quá trình sấy ----------------------------------------------------------------- 40

1.7 SẢN PHẨM GELATIN ------------------------------------------------------- 41

1.7.1 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong các ngành ---------------------------- 41

1.7.2 Tiêu chuẩn của gelatin theo phương pháp trích ly------------------------ 43

Chương 2 GELATIN TỪ DA CÁ -------------------------------------------------- 45

2.1 GELATIN TỪ CÁ-------------------------------------------------------------- 45

2.1.1 Tính chất lưu biến thấp ----------------------------------------------------- 48

2.1.2 Nguồn nguyên liệu thô không phong phú --------------------------------- 48

2.1.3 Chất lượng gelatin không ổn định ----------------------------------------- 48

2.1.4 Các yếu tố chất lượng nội tại ----------------------------------------------- 48

2.1.5 Giá cả ------------------------------------------------------------------------- 48

2.2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ ------------------ 49

2.3 PHưƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ ----------------- 52

2.3.1 Quá trình tiền xử lí ---------------------------------------------------------- 54

2.3.2 Quá trình trích li, cô đặc, sấy ----------------------------------------------- 62

2.3.3 Sản phẩm gelatin da cá------------------------------------------------------ 62

2.4 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HưỞNG TỚI CHẤT LưỢNG GELATIN

TỪ DA CÁ ------------------------------------------------------------------------------- 63

2.4.1 Nguồn nguyên liệu ---------------------------------------------------------- 63

2.4.2 Phương pháp sản xuất ------------------------------------------------------- 66

2.5 SẢN PHẨM --------------------------------------------------------------------- 67

2.5.1 Tính chất của gelatin từ da cá ---------------------------------------------- 67

2.5.2 Chỉ tiêu chất lượng của gelatin từ da cá ----------------------------------- 75

2.5.3 So sánh các loại gelatin ----------------------------------------------------- 75

2.5.4 Một số hình ảnh về sản phẩm gelatin từ da cá ---------------------------- 78

iii

2.6 ỨNG DỤNG CỦA GELATIN TỪ DA CÁ ------------------------------- 79

2.7 THÀNH TỰU ------------------------------------------------------------------- 80

2.7.1 Nguyên nhân và mục đích ứng dụng gelatin cá làm màng bao thực phẩm

------------------------------------------------------------------------------------------- 80

2.7.2 Sản xuất màng bao gelatin từ da cá ---------------------------------------- 83

2.7.3 Đặc điểm của màng gelatin da cá ------------------------------------------ 83

2.7.4 Ảnh hưởng của những thuộc tính gelatin lên tính chất của màng------- 84

2.7.5 Các phương pháp cải thiện tính chất của màng gelatin cá --------------- 87

Chương 3 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ GELATIN TỪ DA CÁ ----------------- 94

3.1 TRÍCH LY GELATIN VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA ÁP SUẤT CAO ----- 94

3.1.1 Phân tích điện di (SDS-PAGE) -------------------------------------------- 94

3.1.2 Tính chất nhớt đàn hồi ------------------------------------------------------ 94

3.1.3 Kết quả và bàn luận --------------------------------------------------------- 95

3.2 TRÍCH LY GELATIN BẰNG ACID LACTIC ------------------------- 100

3.2.1 Quy trình trích ly gelatin --------------------------------------------------- 100

3.2.2 Kết quả ---------------------------------------------------------------------- 101

3.3 TÍNH CHẤT GELATIN CÁ SẢN XUẤT TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN

SURIMI --------------------------------------------------------------------------------- 107

3.3.1 Nguyên liệu và phương pháp ---------------------------------------------- 107

3.3.2 Kết quả và bàn luận -------------------------------------------------------- 110

3.3.3 Kết luận---------------------------------------------------------------------- 119

3.4 TỐI ưU HÓA QUÁ TRÌNH TRÍCH LY GELATIN TỪ DA CÁ HOKI

(Macruronus novaezelandiae) ------------------------------------------------------ 120

3.4.1 Nguyên liệu và thiết kế thí nghiệm --------------------------------------- 120

3.4.2 Kết quả ---------------------------------------------------------------------- 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO ---------------------------------------------------------- 131

iv



DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sự phân loại collagen ----------------------------------------------------------3

Bảng 1.2 Thành phần chuỗi của các loại collagen dùng để sản xuất gelatin ------4

Bảng 1.3 Sự phân bố acid amin của 3 chuỗi trong collagen loại I và loại III -----4

Bảng 1.4 Thành phần acid amin của gelatin, trứng-------------------------------------8

Bảng 1.5 Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin -------------------------------- 11

Bảng 1.6 Tỉ lệ phân đoạn phân tử trong gelatin chất lượng cao (Bloom 250g)---- 11

Bảng 1.7 Các đặc điểm tiêu biểu của gelatin ----------------------------------------- 12

Bảng 1.8 Tỉ lệ và thành phần các acid amin trong gelatin cá và gelatin động vật - 13

Bảng 1.9 Giá trị điểm đẳng điện của gelatin cá và gelatin động vật ---------------- 14

Bảng 1.10 Một vài đặc điểm của gelatin loại A và loại B --------------------------- 14

Bảng 1.11 Các thông số của 2 loại gelatin dùng trong thực phẩm ------------------ 14

Bảng 1.12 Thành phần hóa học của các loại gelatin dùng trong thực phẩm ------- 15

Bảng 1.13 Giá trị điểm đẳng điện của gelatin sản xuất bằng phương pháp acid -- 17

Bảng 1.14 So sánh khả năng ứng dụng của gelatin và các phụ gia có khả năng thay

thế gelatin------------------------------------------------------------------------------------- 29

Bảng 1.15 Các loại gelatin dùng trong thực phẩm ----------------------------------- 31

Bảng 1.16 Chức năng của gelatin trong các sản phẩm thực phẩm ------------------ 31

Bảng 1.17 Đặc điểm gelatin dùng trong sản phẩm sữa ------------------------------ 33

Bảng 1.18 Đặc điểm gelatin dùng trong sản phẩm thịt và vài sản phẩm khác ----- 34

Bảng 1.19 Chất lượng gelatin dùng sản xuất bao nang cứng trong công nghiệp

dược phẩm ------------------------------------------------------------------------------------ 35

Bảng 1.20 Chất lượng gelatin dủng sản xuất bao nang mềm trong công nghiệp

dược phẩm ------------------------------------------------------------------------------------ 35

Bảng 1.21 Chất lượng gelatin dùng trong công nghiệp hình ảnh ------------------- 36

Bảng 1.22 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong thực phẩm --------------------------- 41

Bảng 1.23 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong dược phẩm -------------------------- 42

Bảng 1.24 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong công nghiệp ------------------------- 42

Bảng 1.25 Tiêu chuẩn gelatin loại A -------------------------------------------------- 43

Bảng 1.26 Tiêu chuẩn gelatin loại B--------------------------------------------------- 44

Bảng 2.1 Những nghiên cứu đã được thực hiện để tìm hiểu về gelatin da cá------ 49

v

Bảng 2.2 Tỷ lệ và thành phần các acid amin của gelatin sản xuất từ da và xương cá

cod--------------------------------------------------------------------------------------------- 50

Bảng 2.3 Thành phần acid amin của gelatin thu được từ cá shortfin scad, cá sin

croaker và bò --------------------------------------------------------------------------------- 51

Bảng 2.4 Thành phần acid amin của gelatin thu nhận từ các loài khác nhau ------ 52

Bảng 2.5 Quy trình trích ly từ cá ------------------------------------------------------- 55

Bảng 2.6 Các đặc tính cơ bản của gelatin thu được từ da các loại cá tilapia ------- 65

Bảng 2.7 So sánh chất lượng gelatin từ da và xương cá Nile perch ---------------- 65

Bảng 2.8 Hàm lượng acid amin của gelatin một vài loài cá khi so sánh với gelatin

từ heo (số gốc/1000 gốc acid amin) -------------------------------------------------------- 69

Bảng 2.9 Chỉ tiêu hóa học của gelatin từ da cá --------------------------------------- 75

Bảng 2.10 Chỉ tiêu vật lý của gelatin từ da cá ---------------------------------------- 75

Bảng 2.11 So sánh tính chất của gelatin từ da cá và gelatin từ động vật có vú ---- 75

Bảng 2.12 So sánh tính chất của gelatin từ cá nước lạnh và cá nước ấm----------- 77

Bảng 3.1 Hiệu suất trích ly gelatin ----------------------------------------------------- 95

Bảng 3.2 Tính chất nhớt đàn hồi của gelatin mới hòa tan --------------------------- 98

Bảng 3.3 Tính chất nhớt đàn hồi của gel gelatin ủ “maturation” ------------------- 99

Bảng 3.4 Thành phần acid amin trong gelatin --------------------------------------- 102

Bảng 3.5 Suất Young (E) của EFG, HBG, CFG. ------------------------------------ 111

Bảng 3.6 Các điểm tạo và tan chảy gel từ các lần chạy DSC và lưu biến học và các

trị pH của EFG, CFG và HBG. ------------------------------------------------------------ 112

Bảng 3.7 Nhiệt độ tạo và tan chảy gel của EFG có và không có (điều khiển)

enzyme transglutaminase. ------------------------------------------------------------------ 118

Bảng 3.8 Mô hình thí nghiệm của các biến tự do trong mô hình Box-Behnken để

trich ly gelatin từ da cá hoki --------------------------------------------------------------- 121

Bảng 3.9 Đáp ứng của biến phụ thuộc là hiệu suất thu hồi gelatin

theo thay

đổi của các biến tự do ---------------------------------------------------------------------- 123

Bảng 3.10 Các thông số ước lượng của phương trình đa thức bậc 2 phù hợp cho

đáp ứng

dựa trên thống kê ------------------------------------------------------- 125

Bảng 3.11 Phân tích ANOVA cho đáp ứng của biến phụ thuộc

----------- 125

Bảng 3.12 Điều kiện tối ưu để trích ly gelatin từ da cá hoki ----------------------- 126

Bảng 3.13 Tính chất vật lý và hóa học của gelatin ---------------------------------- 128





vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Tropocollagen-------------------------------------------------------------------2

Hình 1.2 Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen------------------------------2

Hình 1.3 Cấu tạo phân tử collagen-------------------------------------------------------3

Hình 1.4 Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin --------------------------7

Hình 1.5 Cấu trúc cơ bản của gelatin ----------------------------------------------------9

Hình 1.6 Cấu trúc cơ bản của chuỗi xoắn α ---------------------------------------------9

Hình 1.7 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin -------------------------------- 10

Hình 1.8 Ảnh hưởng cùa nồng độ và pH lên độ nhớt của dung dịch gelatin ------ 18

Hình 1.9 Ảnh hưởng của pH lên khả năng khuếch tán nước và dung dịch gelatin.

Thí nghiệm với 3 mẫu ở pH = 4, 6, 8 tại 17

o

C; D: lượng nước khuếch tán (m

2

/s)----- 20

Hình 1.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng khuếch tán nước vào dung dịch

gelatin. Thí nghiệm với 2 mẫu ở nhiệt độ 10

o

C và 24

o

C tại pH = 4.6------------------ 21

Hình 1.11 Độ bền gel của các loại gelatin từ heo, da cá Atlantic salmon và Atlantic

Cá tuyết ở nhiệt độ ổn định 10

o

C. ---------------------------------------------------------- 21

Hình 1.12 Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ và loại gelatin ----------------------- 22

Hình 1.13 Ảnh hưởng của pH và nồng độ gellan lên modul tàng trữ gel. Với G‟ là

modul tàng trữ. ------------------------------------------------------------------------------- 23

Hình 1.14 Ảnh hưởng của pH và nồng độ guar lên modul tàng trữ gel ------------ 23

Hình 1.15 Cấu trúc mạng gel khi gelatin phối hợp với agar------------------------- 25

Hình 1.16 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl lên lực giãn dài của màng từ

gellan/gelatin --------------------------------------------------------------------------------- 27

Hình 1.17 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl lên độ giãn dài của màng từ gellan/gelatin

------------------------------------------------------------------------------------------------- 27

Hình 1.18 Tỉ lệ gellan/gelatin trong màng ảnh hưởng tới khả năng tan trong nước

và tỉ lệ căng phồng --------------------------------------------------------------------------- 28

Hình 1.19 Quy trình sản xuất gelatin -------------------------------------------------- 39

Hình 2.1 Qui trình chế biến các sản phẩm từ cá da trơn ----------------------------- 47

Hình 2.2 Qui trình sản xuất gelatin từ da cá ------------------------------------------ 53

Hình 2.3 Quá trình chuyển hóa collagen thành gelatin ------------------------------ 62

Hình 2.4 Sơ đồ thiết bị các quá trình trích ly, cô đặc, sấy --------------------------- 63

Hình 2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ trữ đông nguyên liệu lên độ bền gel ------------ 64

Hình 2.6 Độ bền gel phụ thuộc vào loại nguyên liệu -------------------------------- 64

vii

Hình 2.7 Độ bền gel của gelatin cá tuyết và cá Megrim ở các áp suất khác nhau

(200, 300, 400 Mpa) ở 2 điểm nhiệt độ 2 và 7

o

C ----------------------------------------- 67

Hình 3.1 Phân tích điện di gelatin (SDS-PAGE) trong sự hiện diện của 2-β-

mercaptoethanol: (a) mẫu đối chứng, (b) S250, (c) E250-10‟, (d) E400-10‟, (e) E400-2x5‟

và (f) E250-20‟ -------------------------------------------------------------------------------- 96

Hình 3.2 Nhưng thay đổi trong góc pha δ, điều chỉnh nhờ vào làm lạnh từ 40 đến

6

0

C và gia nhiệt từ 6 đến 40

0

C đối với gelatin hòa tan mới ở 6.67% w/v. ------------- 97

Hình 3.3 Sự thay đổi trong góc pha δ, điểu chỉnh theo nhiệt độ từ 6 40

0

C và sau

đó làm lạnh từ 40 6

0

C của gel gelatin (6.67% w/v, 16 18h ủ ở 6 7

0

C) --------------- 98

Hình 3.4 Phân tích điện di chế phẩm gelatin. Chế phẩm gelatin trích ly từ da cá

bơn đã được tiền xử lý với acid lactic 50mM (a), acid lactic 25mM (b) và acid acetic

50mM (c) được phân tích bằng phương pháp PAGE-SDS trên 5% gel với sự có mặt

của -mercaptoethanol. Collagen từ da bò loại I và III được sử dụng như là chất đánh

dấu cho chuỗi , thành phần và (collagen loại III không bị khử) ------------------ 104

Hình 3.5 Tính chất nhớt dẻo của các chế phẩm gelatin trong quá trình làm lạnh và

gia nhiệt. Gelatin khô được hòa tan với tỷ lệ 6.67% (w/v) trong nước cất ở 40

o

C. Sự

thay đổi module đàn hồi (A,D), module nhớt (B,E) và góc pha (phase angle)

(C,F) được xem xét trong quá trình làm lạnh từ 40 về 7

o

C (A–C) và gia nhiệt tiếp theo

từ 7 lên 40

o

C (D–F). ACE-50: tiền xử lý với acid acetic 50mM.; LAC-25: tiền xử lý

với acid lactic 25mM; LAC-50: tiền xử lý với acid lactic 50mM ---------------------- 105

Hình 3.6 Tính chất nhớt dẻo của gel gelatin sau quá trình gia nhiệt và giữ lạnh qua

đêm. Gelatin khô được hòa tan với tỷ lệ 6.67% (w/v) trong nước cất ở 40

o

C, làm lạnh

về 7

o

C và duy tì ở nhiệt độ này trong 18h. Sự thay đổi module đàn hồi (A,D),

module nhớt (B,E) và góc pha (phase angle) (C,F) được xem xét trong quá trình

làm lạnh từ 40 về 7

o

C (A–C) và gia nhiệt tiếp theo từ 7 lên 40

o

C (D–F). ACE-50: tiền

xử lý với acid acetic 50mM.; LAC-25: tiền xử lý với acid lactic 25mM; LAC-50: tiền

xử lý với acid lactic 50mM ---------------------------------------------------------------- 106

Hình 3.7 Độ bền gel gelatin của da cá trích ly (EFG), gel gelatin bò (HBG) và gel

gelatin cá thương mại (CFG). Giá trị trung bình ± SD từ các mẫu được đo 3 lần. --- 110

Hình 3.8 Độ bền gel của EFG khi có và không có enzyme transglutaminase. Giá trị

trung bình ± SD từ các mẫu được tiến hành lặp 3 lần. ---------------------------------- 112

Hình 3.9 Quy luật protein của gel gelatin từ EFG có và không có enzyme

transglutaminase. CFG và HBG: (a. chất chuẩn, b. HBG, c. CFG, d. EFG và các ký tự

e, f, g, h biểu thị cho EFG có bổ sung nồng độ enzyme theo thứ tự là 0.5, 1, 3 và 5

mg/g protein. -------------------------------------------------------------------------------- 113

Hình 3.10 Quét nhiệt lưu biến từ 5 40

0

C của EFG (□), CFG (■) và HBG (▼), (a)

storage ( ) và (b) loss modulus ( ). ---------------------------------------------------- 114

Hình 3.11 Quét nguội lưu biến (40 5

0

C) của EFG (□), CFG (▼) và HBG (■),(a)

storage ( ) và (b) loss modulus ( ). ---------------------------------------------------- 115

Hình 3.12 Quét nhiệt lưu biến từ 5 40

0

C của EFG có và không có (điều khiển)

enzyme transglutaminase: (a) storage modulus ), (b) loss modulus ( ). --------- 116

Hình 3.13 Quét nguội lưu biến từ 40 5

0

C của EFG có và không có (điều khiển)

enzyme transglutaminase: (a) storage modulus ), (b) loss modulus ( ). --------- 117

Hình 3.14 Đường cong DCS trong các lần chạy gia nhiệt từ -10 40

0

C: ( ) EFG,

( ) CFG và (----) HBG. -------------------------------------------------------------------- 118

Hình 3.15 Đường cong DCS trong các lần chạy gia nhiệt từ 40 -10

0

C: ( ) EFG,

( ) CFG và (----) HBG. -------------------------------------------------------------------- 119

Hình 3.16 Mô hình thiết bị xác định nhiệt độ nóng chảy --------------------------- 122

Hình 3.17 Đồ thị đáp ứng bề mặt để tối ưu hóa quá trình trích ly gelatin từ da cá

hoki------------------------------------------------------------------------------------------- 127

Hình 3.18 Phân tích điện di gelatin. Chế phẩm gelatin khô: (b) gelatin từ cá hoki ở

1.13 mg/ml, (c) gelatin bò ở 1.13 mg/ml, (d) gelatin lợn ở 1.13 mg/ml, (e) gelatin từ cá

hoki ở 0.75 mg/ml, (f) gelatin bò ở 0.75 mg/ml, (g) gelatin lợn ở 0.75 mg/ml, (h)

gelatin từ cá hoki ở 0.38 mg/ml, (i) gelatin bò ở 0.38 mg/ml, (j) gelatin lợn ở 0.38

mg/ml, (a) chuẩn SeeBlue

®

Plus 2 Prestained-------------------------------------------- 130