Đề tài: Tách Gelatin từ da cá Basa

Chia sẻ: Hoang Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

149
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xây dựng được quy trình sản xuất Gelatin từ da cá Basa với mong muốn góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho các ngư dân và nhà sản xuất cá; đồng thời cũng góp phần vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Tách Gelatin từ da cá Basa

-1- MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành nuôi trồng và chế biến thủy sản xuất khẩu ở nước ta, một lượng lớn các phế phụ phẩm bị thải ra như đầu, da, xương…lượng phế phụ phẩm này chưa được xử lý thích hợp dẫn đến ô nhiễm môi trường và gây lãng phí. Trong khi các phế phẩm ấy chính là nguyên liệu để sản xuất ra một chất keo sinh học có nhiều ứng dụng quan trọng đó là Gelatin. Trong thực phẩm thì Gelatin tạo ra độ nhớt, độ đông, độ chắc cho sản phẩm hoặc là một thực phẩm ăn kiêng rất tốt. Trong dược phẩm dùng làm vỏ nang bảo vệ thuốc. Gelatin cũng được dùng trong phim ảnh, mỹ phẩm và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: keo dán, môi trường cho Vi sinh vật phát triển… Năm 1860 Gelatin từ da đã xuất hiện trên thị trường, nhưng sự hiểu biết về nó còn rất hạn chế. Đến năm 1956 Gustarson đã tiến hành nghiên cứu các khả năng phản ứng của Collagen. Năm 1990, Trần Thị Luyến đã nghiên cứu 50 keo từ xương cá của một số loài cá fillet. Những năm gần đây có một số đề tài nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu keo từ da cá Basa như: Năm 2006, Trần Duy Phong đã nghiên cứu xử lý da cá bằng Na2CO3 để khử mỡ và điều chỉnh pH, nghiên cứu ảnh hưởng của pH trong nước nấu đến chất lượng gelatin và nghiên cứu ảnh hưởng của công đoạn cô đặc và sấy lạnh đến chất lượng gelatin Nhận thấy nhu cầu rất lớn về Gelatin ở trên Thế Giới cũng như ở Việt Nam trong những năm gần đây, thêm vào đó nguồn nguyên liệu da và xương cá để sản xuất Gelatin ở nước ta khá dồi dào, ổn định, giá rẻ và có tiềm năng phát triển nên chúng tôi chọn đề tài “Tách Gelatin từ da cá Basa” với mong muốn góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho các ngư dân và nhà sản xuất cá ; đồng thời cũng góp phần vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường. * Mục tiêu - Xây dựng được quy trình sản xuất Gelatin từ da cá Basa
-2- * Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích vật lý - Phương pháp phân tích định lượng - Phương pháp quy hoạch thực nghiệm * Nội dung nghiên cứu - Thu thập tài liệu, tìm hiểu về cấu tạo, tính chất, lợi ích của Gelatin; các phương pháp tách chiết Gelatin. - Tieán haønh quaù trình taùch chieát, thu nhaän saûn phaåm - Phân tích hàm lượng Gelatin trong nguyên liệu và Gelatin dạng thô. * Sản phẩm của đề tài : Gelatin dạng hạt
-3- Chương 1: TỔNG QUAN
-4- 1.1 TIỀM NĂNG SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ:[5][6] Đất nước Việt Nam có lợi thế là có bờ biển dài, nhiều sông ngòi, ao hồ nên việc khai thác và nuôi trồng thủy sản đã mở ra một triển vọng lớn về việc cung cấp thủy sản cho nhu cầu đời sống nhân dân, cho xuất khẩu và phục vụ cho việc phát triển ngành nuôi trồng thủy sản. Trong các loại thủy sản xuất khẩu tại Việt Nam thì mặt hàng cá Tra, Basa và các sản phẩm chế biến từ chúng đang chiếm một số lượng lớn và đem về cho đất nước ta một nguồn ngoại tệ cao (gần 1 tỷ USD). Ngày nay, khi Việt Nam đã gia nhập tổ chức thương mại thế giới thì việc xuất khẩu các mặt hàng thủy sản sang các nước khác đã được mở rộng, đặc biệt là các mặt hàng cá Tra và Basa. Sản lượng thủy sản đánh bắt và nuôi trồng cá Tra và Basa cũng tăng lên theo đặc biệt là ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Do đó khai thác và sử dụng tốt nguồn lợi thủy sản để phục vụ cho loài người là một vấn đề cực kỳ quan trọng. Tuy nhiên trong quá trình chế biến cá ta chỉ thu được 30 % thịt còn lại 70 % phụ phẩm. Lượng phế phẩm này thường bị thải bỏ, dùng làm thức ăn cho gia súc, làm phân bón hoặc xuất khẩu sang các nước khác. Hiện nay trên thế giới nhu cầu sử dụng Gelatin ngày càng lớn. Các quốc gia sản xuất Gelatin hàng đầu là Mỹ (khoảng 31000 tấn hàng năm), kế đến là Pháp, Đức, Anh, Nhật Bản. Các ngành tiêu thụ chủ yếu: công nghệ thực phẩm, công nghệ dược phẩm, công nghiệp phim ảnh, công nghệ sản xuất mỹ phẩm. Gelatin sử dụng trên thế giới thường được sản xuất từ nguyên liệu là xương bò, da heo nhưng những năm gần đây sự bùng nổ bệnh bò điên, bệnh heo tai xanh nên dẫn đến việc sử dụng Gelatin tách chiết từ xương bò, da heo bị hạn chế. Chính vì thế sản lượng Gelatin trên thế giới giảm dần. Nhu cầu sử dụng lớn, nguồn nguyên liệu bị hạn chế. Trước tình hình đó sự ra đời của Gelatin từ da cá là bước ngoặt lớn, nó không những giải quyết được tất cả các vấn đề khó khăn ở trên mà còn góp phần tăng lợi ích kinh tế và còn giảm bớt một lượng lớn phế thải trong ngành thủy sản đã gây ô nhiễm môi trường. Như vậy việc sản xuất Gelatin từ da cá không những góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra sản phẩm mới có giá trị .Đây là một triển vọng lớn cho những quốc gia có ngành thủy sản phát triển.
-5- 1.2. GIỚI THIỆU VỀ COLLAGEN [3][4][7][9][10][11] 1.2.1. Collagen Collagen là một loại protein rất đặc biệt. Cấu trúc của nó được tạo thành từ những amino acid với sự sắp xếp dạng sợi, mặt khác được biết như là protein cứng hình sợi. Những sợi này là những chuỗi phân tử dài, chứa đến 19 loại amino acid. Thành phần amino acid quan trọng của những sợi này gồm có: prolin, glicin, hydroxyprolin và hydroxygilicin. Hai hợp chất cuối không thấy trong bất kỳ loại protein nào khác. 1.2.1.1 Cấu tạo của collagen Collagen là một loại protein tương đối đơn giãn, gồm có ba chuỗi amino acid riêng biệt xoắn lại với nhau giống như một sợi dây thừng. Mỗi sợi collagen được tạo nên từ hang nghìn amino acid, chủ yếu là hai loại acid amin: glycin và prolin. Đơn vị cấu trúc của nó là Hình 1.1 Cấu trúc collagen tropocollagen bao gồm 3 mạch polypeptide bện vào nhau thành một dây cáp siêu xoắn (vì mỗi mạch đơn có cấu trúc xoắn, chiều cao của mỗi gốc xoắn trên trục siêu xoắn này là 2,9 Å, một vòng xoắn là 3,3 gốc amino acid). Ba chuỗi polypeptide trong “dây cáp” nối với nhau bằng các liên kết hydrogen Đầu tiên ba sợi của collagen này xoắn lại theo kiểu xoắn ốc xung quanh một sợi hình thành nên một bộ ba. Sau đó những bộ ba này bắt với nhau và xoắn chung quanh mỗi bộ ba để hình thành nên một sợi siêu cáp. Mỗi sợi này cũng liên kết với nhau bằng các liên kết ngang. Sự kết hợp này được gọi là một collagen siêu xoắn. Cấu trúc ba chiều phức tạp này quyết định chức năng sinh học của collagen. Gần một nửa lượng amino acid của colagen là glycine và alanine. Ở những vị trí có liên kết – NH – và = O của glycine và alanine của chuỗi này sẽ liên kết với nhóm –NH – và = O của chuỗi kia ở vị trí tương ứng bằng liên kết hydro. Cứ 3 chuỗi
-6- polypeptid sẽ xoắn ốc lại với nhau tạo thành một chuỗi lớn hơn, đó chính là sợi colagen rất rắn chắc trong mô sống của động vật. Một đặc điểm để phân biệt colagen với các loại protein khác là trình tự các acid amin được sắp xếp trong 3 chuỗi đơn vị của phân tử colagen. Một mô hình phổ biến là Gly-X-Pro hoặc Gly-X-Hyp, trong đó X có thể là một phân tử acid amin bất kỳ: Gly-Pro-Hyp là mô hình xuất hiện nhiều nhất Vì thế, gelatin được thu nhận từ colagen là một mạng lưới phân tử có tính đàn hồi nối với nhau bởi liên kết hydro Bảng 1.1: So sánh thành phần amino acid của phân tử protein có khối lượng 10 000 ĐVC Collagen Casein Albumin Wool Glycine 363 30 19 87 Alanine 107 43 35 46 Valine 29 54 28 40 Leucine 28 60 32 86 Isoleucine 15 49 25 - Serine 32 60 36 95 Threonine 19 41 16 54 Cystine - 2 1 49 Methionine 5 17 16 5 Aspartic acid 47 63 32 54 Glutamic acid 77 153 52 96 Lysine 31 61 20 19
-7- Hydroxylysine 7 - - - Arginine 49 25 15 60 Histidine 5 19 7 7 Phenylanine 15 28 21 23 Tyrosine 5 45 9 26 Trytophan - 8 3 9 Proline 131 65 14 83 Hydroproline 107 - - - 1.2.1.2 Tính chất của colagen: Tính chất vật lý Collagen là một protein không tan trong nước, nhưng có khả năng giãn nở nhẹ. Tỉ lệ giãn nở có giới hạn co giãn khoảng 7% cho sợi ướt và 5% cho sợi khô. Ở 600C dưới tác động của acid hay kiềm hoặc muối Collagen ẩm đột ngột, phồng lên, co rút khoảng 1/3 hay 1/4 chiều dài của nó. Và nếu tiếp tục đun Collagen sẽ tiếp tục thủy phân thành Gelatin Tính chất hóa học Collagen là chất duy nhất có thể chuyển thành gelatin khi đun sôi với nước nóng, đó là kết quả của sự mở vòng xoắn 3 sợi kèm theo sự phá vỡ liên kết hydro. Gelatone và Gelatose là sản phẩm phân giải gelatin. Tỷ lệ giữa Gelatin, Gelatone và Gelatose được quyết định bởi nhiệt độ và thời gian nấu Collagen bị thủy phân chậm bởi trysin và pepsin, trong khi đó Gelatin dễ bị phân hủy hơn Collagen khi thêm cồn, muối hoặc aceton đặc biệt là heparin thì chung có sợi dày và kết tủa lại Collagen tan trong glycerin, acid acetid, ure nhưng không tan trong nước lạnh
-8- 1.2.1.2 Chức năng của collagen Protein collagen đóng vai trò là giá đỡ cho các mô, các cơ quan và liên kết các cấu trúc này với xương. Collagen cũng có trong cấu trúc của da. Nó tiêu biểu cho sự khỏe mạnh và độ bền của da, thể hiện qua sự trơn láng, đầy đặn của da khi còn trẻ. Cấu trúc siêu xoắn bộ ba đã làm cho Collagen có sức căng mạnh hơn cả thép. Sự mất cấu trúc 3-D cũng có nghĩa là mất đi sự giúp đỡ của khung sườn của da. Collagen này có nhiều trong các mô liên kết ở da cá. Tương tự như sợi collagen trong động vật có vú, các sợi Collagen ở các mô của cá cũng tạo nên cấu trúc mạng lưới mỏng với mức độ phức tạp khác nhau. Tuy nhiên, Collagen ở cá kém bền nhiệt hơn nhiều và ít có các liên kết chéo hơn nhưng nhạy cảm hơn Collagen ở động vật máu nóng có xương sống. (Phan Thị Thanh Quế. 2005) Collagen là loại protein phổ biến nhất trong cơ thể (chiếm khoảng 1/4 tổng lượng protein), là protein chính của mô liên kết, là một trong các thành phần chính của da, cơ vân, sụn, dây chằng, gân, xương và răng; đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các mô trong cơ thể và củng cố thành mạch; tồn tại trong giác mạc và thuỷ tinh thể của mắt dưới dạng kết tinh. Lớp bì, lớp đệm trong cùng của da chứa rất nhiều Collagen, mà chính các sợi Collagen này tạo ra một hệ thống nâng đỡ, hỗ trợ cho các đặc tính cơ học của da như sức căng, độ đàn hồi, duy trì độ ẩm… 1.2.1.3 Ứng dụng của collagen Ngày nay Collagen được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực đặc biệt là lĩnh vực y học và trong các ngành khoa học khác. Ví dụ như các sản phẩm bông gạc làm từ Collagen của Tập đoàn Suwelack sẽ giúp các vết thương nhanh lên da non và mau lành sẹo, các mỹ phẩm giúp làm đẹp da mặt cho phụ nữ, v.v... 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến collagen: 1.2.2.1 Ảnh hưởng của không khí Ở các độ tuổi khác nhau, trong cơ thể sống hay trong ống nghiệm, không khí có một vai trò quan trọng trong sự thay đổi cấu trúc hóa học của Collagen (Sobel và Hansen, 1989). Sự oxy hóa sẽ làm thay đổi cấu trúc phân tử của các protein, nguyên nhân là do sự thay đổi về mặt hóa học và các liên kết của vài amino acid đã vượt quá thời gian.
-9- 1.2.2.2 Ảnh hưởng của nước Nước ảnh hưởng đến Collagen theo những con đường khác. Nó giữ vai trò trực tiếp trong các biến đổi hóa học của Collagen thông qua sự thủy phân, sự hydrat hóa của các gốc tự do, sự ổn định của các liên kết hydro, và tỉ lệ của sự hình thành Gelatin. Bowes và Raistrick (1967) đã nghiên cứu ảnh hưởng của mối liên hệ của độ ẩm và pH lên phạm vi suy giảm thủy phân của Collagen bằng sự phóng thích nitơ còn dư ở giai đoạn cuối. Ở 400C trong tám tuần, sự thủy phân Collagen tăng lên với sự tăng độ ẩm (từ 40% lên 80%) và giảm pH (từ 5,0 xuống 2,5). Họ kết luận rằng khi sự suy giảm thủy phân càng tiến xa, thì sự biến tính sẽ kéo theo và lần lượt tăng lên hơn là sự hoạt động thủy phân. 1.2.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ Đo lường ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hư hỏng của Collagen bị giới hạn bởi vì có sự hao hụt nhiệt độ ở tại hoặc trên nhiệt độ đo lường đưa ra những kết quả không đáng tin cậy (Bowes và Raistrick, 1964). Mối quan tâm đặc biệt là collagen bị hư hỏng về mặt vật lý và hóa học sẽ bị hư hỏng ở tỉ lệ nhanh hơn, nhưng điều này đã không được chứng minh và là một nội dung cho việc nghiên cứu sâu hơn. Tính toàn vẹn về mặt vật lý và hóa học của Collagen có thể được biểu thị qua sự ổn định thủy nhiệt, cả khi giảm nhiệt độ sai lệch đối với các sợi đã bị hư hỏng 1.3 GELATIN: [3][7][12][13] 1.3.1 Định nghĩa: Gelatin là một protein tinh sạch dùng trong thực phẩm, thu nhận từ sự biến tính nhiệt phân Collagen có trong da, xương, mô liên kết của động vật, là một loại protein phổ biến trong giới động vật. Gelatin hòa tan khi đun nóng (khoảng 40oC) và cô đặc khi làm lạnh, cùng với nước ở điều kiện bình thường có dạng sệt. Theo Hofmeister: Gelatin là sản phẩm của sự thủy phân Collagen bởi nhiệt: C102H149N31O38 + H2O Î C102H151N31O39 1.3.2 Tính chất của Gelatin: 1.3.2.1 Cấu trúc Gelatin:
- 10 - Gelatin là một protein tạo bởi axit amin sắp xếp trên một chuỗi đường thẳng và được liên kết bởi sự kết hợp của hai hay nhiều axit amin, là hỗn hợp dị hể các sợi polypeptid sợi đơn và sợi đa, mỗi sợi có cấu hình proline xoắn ốc bên trái, chứa từ 300 – 400 amino acid. Hình 1.2 Cấu trúc Gelatin Cấu trúc của Gelatin được hình thành từ sự liên kết của 18 loại amino acid khác nhau, liên kết theo một trạt tự nhất định, tuần hoàn. Gelatin chứa một lượng lớn glycine, proline và 4- hydroxyproline. Cấu trúc hóa học cơ bản là –Ala-Gly- Pro-Arg-Gly-4Hyp-Gly-Pro. Hình 1.3: Cấu trúc hóa học phân tử Gelatin Hầu hết Gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15000 đến 250000 đvc, thường thì Gelatin có khối lượng phân tử từ 50000 đến 70000 đvc. Gelatin cũng giống như những phân tử protein khác, thành cấu trúc chính của Gelatin là chuỗi polypeptid lớn và phức tạp với thành phần amino acid giống như
- 11 - Collagen.Có 18 loại amino aicd khác nhau: Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine, Serine, Threaonine, Methionine, Aspartic acid, Glutamic acid, Lysine, Huydroxylysine, Arginine, Histidine, Phenylalanne, Tytrosine, Prolin, Hydroxylproline. Phân tử Gelatin hướng các nhóm hoạt động ra ngoài môi trường. Các nhóm như : Carboxyl, Imidazol, Amino, Guadino có thể ion hóa trong nước. Các nhóm không mang điện là các nhóm Hydroxyl (Serine, Threomin, hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine ) và các nhóm peptide (-CO-NH-) quy định khả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử. Bảng 1.2: Các thành phần trong gelatin. Độ ẩm Protein Béo Cacbohydrat Fiber Tro (%) (%) (%) (%) (%) (%) 8 - 16 85 - 90 0 0 0 ≤ 2,0 Với các thành phần trên thì tỷ lệ phần trăm các nguyên tố có trong gelatin Bảng 1.3: Tỷ lệ phần trăm các nguyên tố có trong gelatin Nguyên tố Tỷ lệ % C 48,7 – 51,5 H 6,5 – 7,2 N 17,5 – 18,8 O 24,2 – 26,2 S 0,3 – 0,7 Thủy phân hoàn toàn gelatin sẽ thu được hỗn hợp 18 amino acid với tỷ lệ các loại acid amin này có thể thay đổi tùy theo nguyên liệu tách chiết gelatin và quá trình chế biến gelatin. Tuy nhiên, ta vẫn có giá trị tương đối chính xác như sau:
- 12 - Hình 1.4: Tỷ lệ (%) các loại acid amin trong gelatin THE AMINO ACID COMPOSITION OF GELATIN glutamic arginine, acid, 10% Alanine, 9% 7.8% glycine, aspatic, 21.4% 6% other amino proline and acids, hydroxyproli 21.5% ne, 24.3% Bảng 1.5 : So sánh tỷ lệ các loại acid amin trong gelatin cá và gelatin từ gia súc (dê) Amino acid Gelatin cá Gelatin dê Alanine 124 114 Arginine 55 51 Aspartic acid 37 45 Crysteine -- -- Glutamic acid 77 71 Glycine 334 325 Hydroxylysine 54 86 Isoleucine 10 11 Histidine 9 5 Leucine 20 25 Methionine 13 6 Lysine 25 34
- 13 - 1.3.2.2 Tính chất của gelatin[7][8] 1.3.2.2.1 Tính chất vật lý Gelatin thương mại ở dạng tinh khiết, khô,không mùi, không vị, cứng, giòn, màu vàng rất nhạt đến hổ phách, trong suốt, có độ ẩm từ 9-12% và tỉ trọng 1,3-1,4. Gelatin là một thực phẩm, không phải là phụ gia thực phẩm nên không có giới hạn sử dụng. Tính chất gelatin phụ thuộc vào pH, nguyên liệu thu nhận, nhiệt độ, nồng độ, thời gian và phương pháp chế biến. Gelatin là một chất keo sinh học được ứng đụng nhiều trong sản xuất keo. 1.3.2.2.2. Tính chất hóa học a, Tính chất gel- độ bền gel Là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đông. Nó được đặc trưng bằng độ Bloom. Theo định nghĩa, độ Bloom là khối lượng tính bằng gam cần thiết tác dụng lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 14,7mm để khối gel lún xuống 4mm. Khối gel có hàm lượng gelatin là 6,67%, được giữ ở 100C trong 16-18h. 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 thu từ động vật có Bloom cao hơn và ổn định hơn từ cá. Bảng 1.6 : Bảng so sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật Gelatin cá Gelatin động vật - Khối lượng phân tử nhỏ - Khối lượng phân tử lớn - Mạch polypeptid ngắn - Mạch polypeptid dài - Độ Bloom thấp - Độ Bloom cao 0 - Nhiệt độ tạo gel thấp (8-10 C) - Nhiệt độ tạo gel cao (30- 350C) - Hàm lượng proline và - Hàm lượng proline và hydroxyproline thấp hydroxyproline cao
- 14 - b, Độ nhớt: Độ nhớt cũng quan trọng như khả năng tạo gel và cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, lẫn nồng độ. Độ nhớt tỉ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ. Dưới 200C, dung dịch sẽ tồn tại ở dạng gel ( ngoại trừ nồng độ quá thấp). Trong khoảng 20-350C, 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 ổ định. Trên 350C, 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. c, Tính lưỡng tính Gelatin là một protein điển hình, có khả năng hoạt động như một acid hay một base. Tính chất lưỡng tính là do các nhóm cacboxyl (- COOH) thể hiện tính acid, 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 acid, sự phân ly của nhóm acid bị kìm hãm, gelatin tác dụng như một bazo, tích điện “ + “ (Cation), 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 acid, tích điện “ –“ ( Anion) và chuyể về cực “ + “ trong điện trường. Tính lưỡng tính được xác định dễ dàng khi cho phản ứng với acid hay bazơ. d, Điểm đẳng điện Phân tử gelatin tích điện trong dung dịch kiềm hay acid, chúng sẽ di chuyển trong điện trường. Ở pH = 2 tất cả các nhóm cacboxyl không tích điện, phân tử gelatin mang điện tích dương cực đại ( do điện tích nhóm amino và guanidino). Khi pH tăng các nhóm cacboxyl bắt đầu tích điện và ở pH = 6,5 tất cả các caboxyl tích điên âm. Điên tích của phân tử ảnh hưởng đến tính chất của gelatin.
- 15 - Ở pH mà không có sự di chuyển xảy ra gọi là điểm đẳng điện và tại pH này, dung dịch gelatin kém bền nhất, dễ tủa, có hàm lượng tối đa các phân tử protein không tích điện. Nó được xác định một cách dễ dàng bởi hỗn hợp trao đổi ion resin và được biểu hiện bởi đơn vị pH. Tính lưỡng tính và điển đẳng điện của gelatin loại A nằm trong khoảng pH = 8-9 và phụ thuộc vào thời gian xử lý. Trong khi đó, gelatin lọai B có điểm đẳng điện là 5,2 sau 4 tuần ngâm với nước vôi và giá trị này sẽ được giảm dần xuống 4,8 nếu thời gian ngâm kéo dài hơn 4 tuần. Ngoài ra, điểm đẳng điện còn phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch. Điểm đẳng điện có thể xác định ở giá trị pH mà tại đó gelatin có độ cực đại. e, Tính hòa tan của gelatin: Gelatin tan một phần trong nước. Gelatin khô sẽ phồng lên hay ngậm nước khi khuấy ở trong nước ( hỗn hợp không chứa quá 34% gelatn). Ở nhiệt độ 400C gelatin và với thời gian là 30 phút, gelatin sẽ hòa tan hoàn toàn tạo thành dung dịch đồng nhất. Mức độ hòa tan của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và kích thước phân tử. Gelatin tan trong các dung môi polyhydric alcohols như: glycerol, propylene, glycol, sorbitol…những dung môi này sữ dụng để làm giảm độ cứng của các tấm gelatin phim. Gelatin không tan trong alcohols, acetone, cacbon tetrachloride, benzen, petroleum và hầu hết trong các dung môi hữu cơ không phân cực. f, Tính ổn định gelatin Gelatin khô được bảo quản trong điều kiện kín ở nhiệt độ phòng có thể bảo quản trong nhiều năm. Tính ổn định của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ và pH. Sự giảm độ bền gel và độ nhớt theo thời gian có thể hạn chế nếu giữ gelatin trong giới hạn pH từ 5-7 và nhiệt độ thấp.
- 16 - Duy trì tính ổn định là chức năng của pH và các chất điện giải trong dungđịch gelatin và nó sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Dung dịch hoặc gel gelatin có tính mẫn cảm với vi khuẩn và các enzym phân hủy protein. h, Tính trương phồng Đặc tính trương phồng của gelatin không những quan trọng trong sự savon hóa mà còn trong quá trình sản xuất phim ảnh và sự hòa tan của bao con nhộng trong dược phẩm. Trong gelatin, những liên kết ngang được cho rằng có liên quan đến sự ảnh hưởng đến nhau giữa các chuỗi và điều này làm giảm sự trương phồng. Sự ổn định những liên kết ngang phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, thời gian và chất điện giải. Sự ảnh hưởng của pH và chất điện giải đến sự trương phồng được giải thích bởi thuyết cân bằng của Donnan khi xử lý gelatin như một màng bán thấm. Điều này đã giải thích tại sao gelatin biểu hiện độ trương phồng thấp nhất ở điểm đẳng điện của chúng Các chất điện giải ảnh hưởng đến sự trương phồng của gelatin được sắp xếp theo trật tự của Hofmeister như sau: Ba2+, Ca2+, Mg2+, Cs+, Rb+, NH4+, K+, Na+,Li+, SO42-, CH3COO-, Cl-, Br-, NO3-, I-, SCN-. Tại pH thấp hơn điểm đẳng điện, các anion sẽ ảnh hưởng đến sự phồng, trong khi ở pH cao hơn pH của điển đẳng điện, thì cation đóng vai trò làm giảm sự phồng. Các anion sẽ phá vỡ sự liên kết hydro vốn là nhân tố làm gia tăng sự phồng i, 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 gốc từ gia súc có nhiệt độ tạo gel cao 30-350C Gelatin da cá, hàm lượng proline và hydroproline thấp có nhiệt độ tạo gel thấp 8-100C 1.2.4 Phân loại gelatin [8][14]
- 17 - Có 3 loại gelatin : phụ thuộc vào sự có hay không có bước xử lý với kiềm, chất sẽ làm biến đổi asparagine và glutamine thành acid asparagic và acid glutamic và kết quả là sản phẩm có độ nhớt cao hơn. 1.2.4.1 Gelatin loại A: Nguyên liệu: Từ da heo, da cá và thỉnh thoảng từ xương, phân tử collagen đơn giản. Nguyên liệu được tách chiết với acid, thường ở pH = 4. Quy trình: Nguyên liệu Rửa sạch Ngâm với acid Đun nóng ở 500C Lọc Thu nhận gelatin Gelatin được sản xuất bởi quy trình này có điểm đẳng điện từ 7-9. 1.2.4.2 Gelatin loại B: Nguyên liệu: thường được sử dụng là da bò hoặc da động vật già bị giết mổ, phân tử Collagen phức tạp hơn. Nguyên liệu được xử lý với kiềm. Khi thủy phân asparagine và glutamine tạo thành acid asparagic và acid glutamic tương đối nhanh chóng.
- 18 - Quy trình: Nguyên liệu Rửa sạch Xử lý với kiềm Xử lý với acid Nấu ở 500C Lọc Dịch gelatin Gelatin được sản xuất theo quy trình này có điểm đẳng điện từ 4,8-5,2 1.2.4.3 Hỗn hợp gelatin loại A và B: Chất lượng sản phẩm tốt như là Gelatin được sản xuất bởi hai quy trình trên nhưng có điểm đẳng điện nằm bên ngoài giới hạn. Bảng 1.7: Sự khác biệt cơ bản giữa 2 loại gelatin Loại A Loại B pH 3,8 – 5,5 5,0 – 7,5 Điểm đẳng điện 7,0 – 9,0 4,7 – 6,0 Boom gel 50 – 300 50 – 300 Độ tro (%) 0,3 - 2,0 0,5 – 2,0 1.2.5 Ứng dụng của gelatin:[8][12] Gelatin được đánh giá là một chất keo sinh học quan trọng có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, dược phẩm, phim ảnh
- 19 - Tùy theo sản phẩm thu nhận được có độ Bloom như thế nào mà ta có những ứng dụng riêng biệt trên các sản phẩm khác nhau 1.2.5.1 Gelatin trong thực phẩm : Trong thực phẩm ngày nay, dựa vào tính chất tan chảy ở nhiệt độ cao và đông đặc ở nhiệt độ thấp người ta ứng dụng trong thực phẩm đông lạnh. Lúc này Gelatin đóng vai trò là một chất keo bảo vệ ngăn chặn sự kết tinh của đường Trong kem và phomát mềm, gelatin ngăn chặn sự mất nước. Ngoài ra trong sản phẩm bơ sữa gelatin đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ mịn, độ sánh cho sản phẩm. Trong kẹo dẻo, gelatin cung cấp cho sản phẩm độ dẻo và dai. Trong thông kê nếu trong kẹo dẻo có chứa 1,7-2,5% gelatin giúp ngăn chặn sự kết tinh đường, vì vậy có thể giữ cho kẹo mềm và dẻo hơn. Các sản phẩm như vỏ kẹo có chứa 0,5-1% gelatin với vai trò làm giảm sự tan chảy Hình 1.5: Các thực phẩm có chứa gelatin Trong công nghiệp sản xuất keo mứt, gelatin sử dụng làm chất tạo gel, tạo xốp, làm chậm quá trình tan kẹo trong miệng với tỉ lệ 2-7%. Trong các sản phẩm như thịt hộp, thịt nguội… Gelatin chiếm từ 1-5% giúp giữ hương vị tự nhiên của sản phẩm. Hình 1.6: Thực phẩm có chứa gelatin Do Gelatin tan trong miệng tạo cảm giác ngon miệng nên được sử dụng làm chất thay thế chất béo. Gelatin thiếu tryptophan, ít methionine, nhiều lysine, nhưng khi kết hợp với các nguồn cung cấp protein khác cũng thành protein tốt.
- 20 - Trong công nghiệp sản xuất rượu bia và nước hoa quả, Gelatin sử dụng làm chất làm trong với tỉ lệ 0,002-0,15%. Gelatin có khả năng hấp thụ nước gấp 5-10 lần thể tích của nó nên được sử dụng trong công nghiệp sản xuất đồ hộp để tránh hiện tượng rỉ nước Khả năng ứng dụng của gelatin trong thực phẩm tùy theo độ Bloom được minh họa như sau: Bảng 1.8: Khả năng ứng dụng Gelatin dựa vào độ Bloom Loại thực phẩm Mức độ sử dụng Bloom Sản phẩm từ sữa 0,2 - 1,0% 150 - 250 Thực phẩm đông lạnh 0,1 - 0,5% 225 - 250 Kẹo dẻo 1,7 - 2,5% 225 - 275 Vỏ kẹo 0,5 - 1,0% 50 - 100 Bánh xốp 0,5 - 1,0% 50 - 100 Sản phẩm từ thịt 1,0 - 5,0% 175 - 275 Rượu, bia, nước trái cây 0,02 - 0,15% 100 - 200 1.2.5.2 Gelatin trong dược phẩm: Gelatin được sử dụng trong sản xuất bao con nhộng cứng hay mềm. Nó có tác dụng bảo vệ thuốc chống những tác nhân có hại như ánh sáng và oxi. Thành phần chính của vỏ là Geltin và các tá dược khác như: glycerol hay sorbitol, những chất hoạt động bề mặt, chất màu cho phép, hương liệu….Gelatin có mặt trong hai loại nang. 1.2.5.2.1 Nang mềm: Gelatin có độ Bloom thấp, loại A (150-200g), loại B(125-175g), hay hỗn hợp A và B. Thường viên bi, có hình trứng, hình trụ, hình giọt, hình hạt đâu, dung lượng 0,1-0,5g chứa dịch lỏng sánh.