intTypePromotion=1

Đồ án Công nghệ thực phẩm: Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm

Chia sẻ: Hung Duong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

0
541
lượt xem
161
download

Đồ án Công nghệ thực phẩm: Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo đồ án môn công nghệ thực phẩm, sẽ giới thiệu tổng quan về ứng dụng collagen trong ngành thực phẩm, góp phần giải quyết các vấn đề cấp thiết và các phương pháp ứng dụng collagen.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án Công nghệ thực phẩm: Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM *** ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (MSMH: 603136) ĐỀ TÀI TỔNG QUAN ỨNG DỤNG COLLAGEN TRONG THỰC PHẨM SVTH: NGUYỄN HOÀNG PHONG MSSV: 60701792 Lớp: HC07TP2 Ngành: Công nghệ thực phẩm GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG DŨNG Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2011
  2. Đại Học Quốc Gia TP .HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại học Bách Khoa Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Khoa Kỹ Thuật Hóa Học ---------//--------- Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (MÃ SỐ: 603136) Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HOÀNG PHONG Mã số sinh viên: 60701792 1. Đầu đề đồ án Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm . 2. Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu) Tổng quan tài liệu về ứng dụng collagen trong thực phẩm . 3. Nội dung các phần Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN 1.1 Giới thiệu sơ lược về collagen 1.2 Thành phần và cấu trúc 1.3 Phân loại 1.4 Tính chất 1.5 Thu nhận collagen 1.6 Ứng dụng của collagen Chương 2 - ỨNG DỤNG COLLAGEN TRONG THỰC PHẨM 2.1 Collagen bột 2.2 Ứng dụng collagen trong chế biến các sản phẩm thức uống 2.3 Ứng dụng collagen trong chế biến các sản phẩm từ sữa 2.4 Ứng dụng collagen trong chế biến thịt và thủy sản 2.5 Collagen được ứng d ụng trong nhiều sản phẩm khác nhau có tác dụng tốt cho xương 4. Các bản vẽ và đồ thị: không 5. Ngày giao đồ án: ngày 01 tháng 03 năm 2011. 6. Ngày hoàn thành đồ án: ngày 31 tháng 05 năm 2011. Ngày … tháng … năm 2011 Ngày … tháng … năm 2011 Chủ nhiệm bộ môn Người hướng dẫn Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm ii
  3. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm iii
  4. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm iv
  5. Mục lục MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................ix LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................x Chương 1 TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN ...............................................................1 1.1 Giới thiệu sơ lược về collagen ........................................................................2 1.2 Thành phần và cấu trúc ...................................................................................3 1.2.1 Cấu trúc phân tử collagen ..............................................................................4 1.2.2 Thành phần hóa học của collagen .................................................................6 1.3 Phân loại ..........................................................................................................9 1.4 Tính chất .......................................................................................................11 1.4.1 Độ tinh sạch của collagen ............................................................................11 1.4.2 Thành phần cấu trúc và khối lượng phân tử ................................................12 1.4.3 Nhiệt độ biến tính ........................................................................................14 1.4.4 Thành phần amino acid ...............................................................................17 1.4.5 Khả năng trương nở, hòa tan .......................................................................18 1.4.6 Điểm đẳng điện (pI).....................................................................................19 1.5 Thu nhận collagen .........................................................................................20 1.5.1 Sự phá vỡ tế bào ..........................................................................................20 1.5.2 Phương pháp tinh sạch collagen ..................................................................21 1.5.3 Làm khô và bảo quản chế phẩm collagen ...................................................22 1.5.4 Sử dụng CO 2 siêu tới hạn trong tinh sạch collagen ....................................22 1.6 Ứng dụng của collagen .................................................................................26 1.6.1 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. ....................................................26 1.6.2 Ứng dụng trong y học và dược phẩm ..........................................................28 1.6.3 Ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm .......................................................30 Chương 2 ỨNG DỤNG COLLAGEN TRONG THỰC PHẨM.............................31 2.1 Collagen bột ..................................................................................................32 2.1.1 Nguyên liệu ..................................................................................................32 2.1.2 Quy trình công ngh sản xuất collagen bột .................................................32 ệ 2.1.3 Sản phẩm collagen bột tinh sạch .................................................................36 2.2 Ứng dụng collagen trong chế biến các sản phẩm thức uống ........................37 2.2.1 Ứng dụng collagen vào các sản phẩm thức uống (trà, cà phê) nhằm bổ sung thêm lượng protein cho cơ thể .....................................................................37 2.2.2 Ứng dụng collagen làm trong các sản phẩm thức uống có cồn ...................39 2.3 Ứng dụng collagen trong chế biến các sản phẩm từ sữa ..............................43 2.4 Ứng dụng collagen trong chế biến thịt và thủy sản ......................................49 2.4.1 Những ứng dụng phổ biến của collagen trong ngành chế biến thịt – thủy sản ................................................................................................................49 2.4.2 Ứng dụng collagen trong sản xuất vỏ bọc sản phẩm thịt chế biến ..............51 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm v
  6. Mục lục 2.4.3 Ứng dụng collagen trong ức chế sự oxy hóa chất béo trong sản phẩm thịt chế biến ........................................................................................................54 2.4.4 Tăng hiệu suất nấu và chống mất nước cho sản phẩm nhờ collagen ..........62 2.4.5 Collagen thay thế một phần nguyên liệu trong sản phẩm thịt chế biến ......66 2.5 Collagen được ứng dụng trong nhiều sản phẩm khác nhau có tác dụng tốt cho xương .....................................................................................................78 KẾT LUẬN ...................................................................................................................85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................... Error! Bookmark not defined. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm vi
  7. Danh mục bảng DANH MỤC BẢNG Bảng 1.2.1- Phân loại protein theo chức năng của chúng trong cơ thể ...........................4 Bảng 1.2.2 – So sánh thành phần amino acid của một số loại protein (gam amino acid/100 gam protein) [7, 12, 28] ....................................................................................6 Bảng 1.2.3 - Thành phần amino acid của collagen vảy cá Rohu và cá Catla (số gốc amino acid trên tổng số 1000 gốc amino acid) [23] ........................................................7 Bảng 1.2.4 – Sự khác nhau về hàm lượng hydroxyproline và nhiệt độ biến tính của collagen từ các nguồn thu nhận khác nhau [23] ..............................................................8 Bảng 1.3.1 – Phân loại collagen [27]...............................................................................9 Bảng 1.4.1 - Kết quả phân tích thành phần nguyên liệu da, xương cá chỉ vàng và collagen trích chiết được [24] ........................................................................................11 Bảng 1.4.2 - Thành phần amino acid của dung dịch collagen da cá nóc [18] ...............17 Bảng 1.4.3 -Thành phần amino acid của dung dịch collagen da và xương cá chỉ vàng chiết bằng pepsin [24]....................................................................................................17 Bảng 2.1.1 – Các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh của collagen thu nhận từ lợn [11] .............36 Bảng 2.3.1 – Kết quả đánh giá tính tính ổn định khi bảo quản của sản phẩm trong thí nghiệm 1 [21].................................................................................................................46 Bảng 2.3.2 - Kết quả đánh giá hương vị sản phẩm trong thí nghiệm 1 [21] .................46 Bảng 2.4.1 - Thông tin kỹ thuật c ủa Code 10 [17] ........................................................53 Bảng 2.4.2 - Thông tin kỹ thu ật của Code V [17] .........................................................53 Bảng 2.4.3 - Thành phần hóa học của xúc xích Wiener và xúc xích gan trong nghiên cứu [14]..........................................................................................................................58 Bảng 2.4.4 – Kết quả phân tích sản phẩm [14] .............................................................59 Bảng 2.4.5 - Kết quả phân tích thành ph ần xúc xích với những hà m lượng collagen khác nhau [9] .................................................................................................................64 Bảng 2.4.6 - Kết quả phân tích g ần đúng thành phần jambon với những hàm lượng collagen khác nhau [9] ...................................................................................................64 Bảng 2.4.7 – Thành phần công thúc xúc xích Bologna dạng thô [1] ............................68 Bảng 2.4.8 - Thành phần công thúc xúc xích Bologna dạng mịn [1] ............................68 Bảng 2.4.11 - Tính chất sản phẩm xúc xích Bologna dạng thô đã được bổ sung collagen với các hàm lượng khác nhau [1] ....................................................................68 Bảng 2.4.10 –Các thông số bị ảnh hưở ng bởi hàm lượng collagen bổ sung trên sản phẩm xúc xích Bologna dạng nhũ tương mịn [1] ..........................................................70 Bảng 2.4.11 - Các thông số bị ảnh hưởng bởi hàm lượng collagen bổ sung trên nguyên liệu xúc xích Bologna dạng nhũ tương mịn [1] .............................................................70 Bảng 2.4.14 - Công thức chế biến xúc xích [10] ...........................................................71 Bảng 2.4.15 –Phân tích thành phần hóa học của xúc xích và collagen [10] .................72 Bảng 2.4.16 – Các thông số bị ảnh hưởng bởi hàm lượng collagen bổ sung và thời gian lưu trữ sản phẩm [10] ....................................................................................................73 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm vii
  8. Danh mục bảng Bảng 2.4.17 – Kết quả phân tích màu sắc nguyên liệu và sản phẩm theo hàm lượng collagen bổ sung [10] ....................................................................................................75 Bảng 2.4.18 - Kết quả phân tích màu sắc nguyên liệu và sản phẩm .............................76 Bảng 2.4.19 - Kết quả phân tích cảm quan sản phẩm [10]............................................77 Bảng 2.5.1 – Kết quả so sánh hoạt tính chống tái hấp thu xương của các phân đoạn collagen [30] ..................................................................................................................81 Bảng 2.5.2 – Thành phần viên nén collagen kết hợp canxi và vitamin D 3 [30] ...........81 Bảng 2.5.3 - Thành phần sản phẩm thức uống có bổ sung collagen [30] .....................82 Bảng 2.5.4 - Thành phần sản phẩm bánh cracker có bổ sung collagen [30] .................82 Bảng 2.5.5 - Thành phần sản phẩm jelly có bổ sung collagen [30] ..............................82 Bảng 2.5.6 - Thành phần sản phẩm phô mai chế biến có bổ sung collagen [30] ..........83 Bảng 2.5.7 - Thành phần sản phẩm yaourt có bổ sung collagen [30] ...........................83 Bảng 2.5.8 - Thành phần sản phẩm sữa bột có bổ sung collagen [30] ..........................83 Bảng 2.5.9 - Thành phần sản phẩm thức ăn cho chó có bổ sung collagen [30] ............83 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm viii
  9. Danh mục hình DANH MỤC HÌNH Hình 1.2.1 – Chuỗi xoắn collagen gồm 3 dây xoắn chặt .................................................4 Hình 1.2.2 – Từng bậc cấu tạo trong phân tử collagen [8] ..............................................5 Hình 1.2.3 – Cấu trúc sợi collagen [22] ..........................................................................5 Hình 1.4.1 - Đồ thị đường chuẩn biểu thị mối tương quan giữa diện tích peak và hàm lượng acid amin [31]......................................................................................................12 Hình 1.4.2 – Phân tích điện di SDS–PAGE collagen từ da (S) và xương (B) của cá chỉ vàng dưới điều kiện khử và không khứ .........................................................................13 Hình 1.4.3 - Sắc kí điện di SDS-PAGE collagen loại I của da heo và collagen da cá ..14 Hình 1.4.4 – Đường cong biến tính nhiệt của collagen, gelatin và collagen thủy phân [34].................................................................................................................................15 Hình 1.4.5 -Biểu đồ sự phụ thuộc độ nhớt theo nhiệt độ [20] .......................................16 Hình 1.4.6 – Sự thay đổi độ nhớt của dung dịch collagen (trong acid acetic) từ da và xương cá chỉ vàng theo nhiệt độ [24] ............................................................................16 Hình 1.4.7 – Sự thay đổi độ nhớt tương đối (%) của collagen da và xương cá chỉ vàng theo pH [24] ...................................................................................................................19 Hình 1.4.8 - Sự thay đổi độ nhớt tương đối (%) của collagen da và xương cá chỉ vàng theo nồng độ NaCl [24] .................................................................................................19 Hình 1.5.1 - Quy trình tách chiết collagen ....................................................................20 Hình 1.5.2 – Giản đồ pha của CO 2 ................................................................................24 Hình 1.5.3 – Sơ đồ quy trình tách chiết bằng CO 2 siêu tới hạn ....................................25 Hình 1.6.1 - Sản phẩm phomat có chứa collagen hydrolysate làm giảm hàm lượng chất béo..................................................................................................................................26 Hình 1.6.2 – Sản phẩm kẹo dẻo có vỏ màng là collagen hydrolysate ...........................27 Hình 1.6.3 - Collagen hydrolysate làm chất kết dính trong thanh kẹo ..........................27 Hình 1.6.4 – Sản phẩm thịt nguội có chứa collagen hydrolysate ..................................27 Hình 1.6.5 – Collagen hydrolysate làm trong các loại thức uống .................................28 Hình 1.6.6 – Viên nang mềm có lớp vỏ ngoài làm từ collagen. ....................................28 Hình 1.6.7 – Viên nang cứng làm từ chất liệu collagen ................................................29 Hình 1.6.8 - Ứng dụng collagen hydrolysate trong kỹ thuật nội soi ............................30 Hình 1.6.9 – Collagen hydrolysate trong các mảnh bọt biển sử dụng trong nha khoa .30 Hình 2.1.1 - Quy trình chiết collagen bằng cid acetic (acid-soluble collagen – ASC) .32 Hình 2.1.2 - Quy trình chiết collagen bằng pepsin (pepsin-soluble collagen – PSC) ...33 Hình 2.1.3 - Quy trình chiết collagen có mặt vi khuẩn Bacillus ...................................35 Hình 2.1.4 – Bột collagen tinh sạch...............................................................................36 Hình 2.4.1 – Tiết diện cắt ngang của sản phẩm xúc xích Bologna (0: không bổ sung collagen; 10: bổ sung 10% collagen; 20: bổ sung 20% collagen; 30: bổ sung 30% collagen) [1] ...................................................................................................................69 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm ix
  10. Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam là quốc gia có tiềm năng xuất khẩu thủy sản rất lớn. Năm 2006, tổng sản lượng cá tra, cá basa của các tỉnh ĐBSCL 825.000 tấn. Đầu năm 2008, đạt 1 triệu tấn, chủ yếu là mặt hàng cá phi lê. Tại các nhà máy chế biến thủy sản, cá tươi được lóc hai miếng phi-lê để chế biến xuất khẩu. Phần còn lại chiếm khoảng 60% gồm da, xương, đầu, bụng, mỡ, ruột, kỳ vi... Như vậy, sẽ có khoảng 600.000 tấn phụ phẩm sau xuất khẩu cần được xử lý. Hiện nay, mỡ cá được nghiên cứu ứng dụng làm biodesel hoặc xuất thô sang Trung Quốc, các phần còn lại được sản xuất thành bột cá làm thức ăn gia súc . Ngoài ra , ngành giết mổ và chế biến gia súc gia cầm ở Việt Nam cũng thải ra một lượng phế phẩm khá lớn mà trong đó cũng chủ yếu là da và xương . Nếu như phế phẩm của các ngành công nghiệp này ch ỉ được chế biến thành bột thức ăn gia súc hay các dạng sản phẩm thô , giá trị thấp khác thì hiệ u quả kinh t ế mang lại không cao hoặc nếu như loại bỏ hẳn t hì phải tốn thêm chi phí cho việc xử lý chất thải . Trong khi, thành phần chính trong da, xương là collagen có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm, dược phẩm và gần đây được ứng dụng khá nhiều trong công nghiệp thực phẩm . Cho nên việc ứng dụng các phụ phẩm này vào nhiều ngành khác nhau , đặc biệt là trong ngành thực phẩm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng . Vấn tách chi ết collagen trong da đã được nghiên cứu nhiều và cũng đạt nhiều thành công đáng kể . Vấn đề còn lại cấp bách hiện nay là cần tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng sản phẩm collagen thu được vào chế biến các sản phẩm công nghiệp khác nhau nhằm nâng cao giá trị kinh tế của collagen, đồng thời giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường. Nhiệm vụ của đồ án này là bước đầu tổng quan tài liệu về ứng dụng collagen trong ngành thực p hẩm, góp phần giải quyết vấn đề cấp thiết nêu trên . Nội dung chính của bài viết liên quan đến các phương pháp ứng dụng collagen trong các sản phẩm thực phẩm khác nhau như các sản phẩm thức uống , các sản phẩm chế biến từ sữa , các sản phẩm thịt và thủy sản , collagen dạng tổng hợp nhằm khai thác các tính chất công nghệ cũng như giá t rị y học của collagen , từ đó nâng cao giá trị và tính thương mại của collagen . Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm x
  11. Tổng quan về collagen Chương 1 TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 1
  12. Giới thiệu sơ lược về collagen 1.1 Giới thiệu sơ lược về collagen Collagen là thành phần protein chủ yếu của các mô liên kết. Collagen chiếm khoảng 25% protein tổng số trong cơ thể động vật và là thành phần chủ yếu của khung mạng ngoại bào.Collagen là protein dạng sợi xoắn. Collagen được tìm thấy trong tất cả các loài động vật đa bào. Nó có trong các mô liên kết của tim, mạch, da, giác mạc, sụn, sừng, dây chằng, xương, răng, … Collagen cũng đư ợc tìm thấy ở các mô bên trong của hầu hết các cơ quan. Collagen tạo nên độ bền của mô, cơ quan và duy tr d ạng cấu trúc ì của chúng. Collagen rất đa dạng về thành phần và cấu trúc. Ngày nay, người ta đã tìm ra khoảng 28 loại collagen khác nhau[2, 3, 26]. Do có cấu trúc và tính chất hóa học đặc biệt, collagen được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: ngành da, phim, mỹ phẩm, y học, dược phẩm, vật liệu sinh học và thực phẩm [2]. Nhìn chung, trong ngành công nghiệp collagen, các dạng collagen thương mại đều từ da và xương động vật có vú như trâu, b, heo,…, phế thải của ngành chế biến ò gia cầm. Tuy nhiên, nguồn động vật ở cạn này không phù hợp với nhiều vùng tín ngưỡng, tôn giáo; khó điều khiển về chất lượng và có thể lây nhiễm các tác nhân sinh học và chất độc như: BSE (bệnh bò điên), FMD (b ệnh lở mồm long móng). Vì thế, hiện nay người ta tìm nguồn thu nhận collagen mới từ các loài cá và thủy sản khác[2]. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 2
  13. Thành phần và cấu trúc 1.2 Thành phần và cấu trúc Trước khi tìm hiểu về collagen, chúng ta sơ lược đôi nét về protein. Protein là một hợp chất đại phâ n tử được tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là các acid amin (hình 2.1). Acid aminđư ợc cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhóm amin (-NH 2 ), hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là nguyên tử cacbon trung tâm đính với 1 nguyên tử hyđro và nhóm biến đổi R quyết định tính chất của acid amin. Khoảng 20 acid amin đ đư ợc phát hiện trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau ã trong cơ thể sống. Protein có bốn bậc cấu trúc: Cấu trúc bậc một: Các acid amin nối với nhau bởi liên kết peptide hình thành nên chuỗi polypeptide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của acid amin thứ nhất và cuối mạch là nhóm cacboxyl của acid amin cuối cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các acid amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các acid amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các acid amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein. Cấu trúc bậc hai: là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian. Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α và cấu trúc nếp gấp β, đư ợc cố định bởi các liên kết hyđro giữa những acid amin ở gần nhau. Các protein sợi như keratin, collagen... (có trong lông, tóc, móng, sừng) gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein c ầu có nhiều nếp gấp β hơn. Cấu trúc bậc ba: Các xoắn α và phi ến gấp nếp β có th ể cuộn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide.Chẳng hạn nhóm -R của cystein có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của proline cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử... Các liên kết yếu hơn như liên kết hydro hay liên kết điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu. Cấu trúc bậc bốn: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết hydro. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 3
  14. Thành phần và cấu trúc Phân loại protein: Có nhiều loại protein, mỗi loại đảm nhiệm một vai trò khác nhau trong cơ thể: Bảng 1.2.1- Phân loại protein theo chức năng của chúng trong cơ thể LOẠI PROTEIN CHỨC NĂNG Protein cấu trúc Cấu trúc, nâng đỡ Protein enzyme Xúc tác sinh học: tăng nhanh, chọn lọc các phản ứng sinh hóa Protein hormone Điều hòa các hoạt động sinh lý Protein vận chuyển Vận chuyển các chất Protein vận động Tham gia vào chức năng vận động của tế bào và cơ thể Protein thụ quan Cảm nhận, đáp ứng các kích thích của môi trường Protein dự trữ Dự trữ chất dinh dưỡng Collagen là loại protein cấu trúc trong cơ thể động vật. Nó được phân bố trong các bộ phận như da, cơ, gân, sụn, dây chằng xương và răng... Trong thành phần của da, ở lớp bì chứa rất nhiều collagen tạo ra một hệ thống nâng đỡ, hỗ trợ cho các đặc tính cơ học của da như sức căng, độ đàn hồi, duy trìđ ộ ẩm... Tùy theo từng độ tuổi, điều kiện sống, tác nhân môi trường, da có thể bị lão hóa hoặc tổn thương, sợi collagen mất dần tính đàn hồi và săn chắc do cấu trúc collagen bị phá vỡ. 1.2.1 Cấu trúc phân tử collagen Về cấu trúc của phân tử collagen, phân tử collagen hay còn gọi là tropocollagen là một cấu trúc dạng sợi hình ống chiều dài khoảng 300nm, đường kính 1,5 nm. Mỗi sợi collagen này được cấu tạo từ ba chuỗi polypeptide nối với nhau bằng các liên kết hydro và xoắn lại với nhau giống như sợi dây thừng (hình 1.2.1). Hình 1.2.1 – Chuỗi xoắn collagen gồm 3 dây xoắn chặt Mỗi một vòng xoắn có độ dài là 3,3 gốc amino acid, chiều cao là 2,9 Ao. Mỗi một chuỗi polypeptide trong collagen được cấu tạo từ các amino acid theo một trật tự, Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 4
  15. Thành phần và cấu trúc thông thường là Gly - Pro - Y, hoặc Gly - X – Hyp (hình 1.2.2). Trong đó, X, Y là những đơn vị amino acid khác. Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) chiếm khoảng 1/6 chuỗi, glycine chiếm khoảng 1/3 chuỗi. Tổng cộng chỉ riêng proline, hydroxyproline, và glycine chiếm 1/2 chuỗi collagen. Các amino acid còn lại chiếm 1/2 [25]. Hình 1.2.2 – Từng bậc cấu tạo trong phân tử collagen [8] (a) Chuỗi polypeptide bậc một. (b) Cấu trúc xoắn α bậc hai và bậc ba. (c) Cấu trúc so le bậc bốn Glycine đóng một vai trò hết sức quan trọng trong cấu trúc sợi siêu xoắn của collagen. Tropocollagen liên kết với nhau theo kiểu đầu nối đuôi hình thà nh collagen fibril. Các collagen fibril này bó lại với nhau hình thành sợi collagen siêu cáp – collagen fiber (hình 1.2.3). Vì thế collagen rất chắc, dai, và bền. Hình 1.2.3 – Cấu trúc sợi collagen [22] (a) Cấu trúc khái quát 3 chuỗi xoắn α của collagen. (b) Phân tử collagen. (c) Collagen fibril đường kính từ 10 đến 300nm. (d) Collagen fibril bó lại với nhau hình thành sợi collagen siêu cáp – collagen fiber, đường kính từ 0,5 đến 3 μm. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 5
  16. Thành phần và cấu trúc 1.2.2 Thành phần hóa học của collagen Về thành phần các acid amin: trong collagen chứa rất ít hoặc không chứa cystein và tryptophan, nhưng chứa rất nhiều hydroxyproline. Hydroxyproline này là một acid amin đặc trưng của collagen mà các loại protein khác không có. Trong phân tử tất cả các loại collagen, luôn có sự lặp lại của cấu trúc X-Y-Gly, trong đó X, Y có thể là bất kỳ acid amin nào. Tuy nhiên, ở vị trí của X và Y thường là (2S)-Proline (Pro, 28%) và (2S,4R)-4-Hydroxyproline (Hyp, 38%). Chuỗi Pro-Hyp- Gly là chuỗi thường gặp nhất trong phân tử collagen (10,5%) [27]. Bảng 1.2.2 – So sánh thành phần amino acid của một số loại protein (gam amino acid/100 gam protein) [7, 12, 28] Protein COLLAGEN CASEIN ALBUMIN (từ da cá (từ sữa dê) (từ trứng) Amino acid phổi) Alanine 11,70 3,50 5,70 Glycine 24,00 2,80 6,30 Valine 2,56 6,70 10,30 Leucine 3,37 13,60 8,90 Isoleucine 1,64 4,20 4,90 Proline 14,8 9,30 3,80 Phenylalanine 2,60 4,40 3,77 Tyrosine 0,19 4,60 2,69 Serine 4,71 3,60 10,90 Threonine 3,18 4,90 10,70 Cystine - - - Methionine 0,59 2,70 1,11 Arginine 9,10 3,90 2,73 Histidine 0,80 - 1,16 Lysine 3,63 6,70 7,70 Aspartic acid 6,60 4,70 10,90 Glutamic acid 1,90 20,30 7,40 Hydroxyproline 9,80 - - Hydroxylysine 0,88 - - Arginin - 3,90 - Tryptophan - - - Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 6
  17. Thành phần và cấu trúc Thành phần amino acid của collagen từ các nguồn thu nhận khác nhau (cơ quan, loài động vật, …) thì khác nhau. Bên d ới là thành phần amino acid của một số ư loại collagen từ một số loài động vật khác nhau. Bảng 1.2.3 - Thành phần amino acid của collagen vảy cá Rohu và cá Catla (số gốc amino acid trên tổng số 1000 gốc amino acid) [23] Amino acid Rohu Catla Aspartate + asparagine 53 48 Glutamate + glutamine 87 83 Hydroxyproline 83 84 Serine 28 26 Glycine 361 353 Histidine 0 0 Arginine 38 38 Threonine 17 17 Alanine 80 83 Proline 118 130 Tyrosine 3 2 Valine 15 15 Methionine 9 9 Cysteine 0 0 Isoleucine 13 12 Leucine 28 26 Phenylalanine 54 55 Lysine 13 19 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 7
  18. Thành phần và cấu trúc Bảng 1.2.4 – Sự khác nhau về hàm lượng hydroxyproline và nhiệt độ biến tính của collagen từ các nguồn thu nhận khác nhau [23] Hàm lượng Nhiệt Môi Nguồn Nguồn Hydroxyproline độ biến trường Sinh vật thu tham (gốc/1000 gốc tính sống nhận khảo amino acid) (oC) Bê Da 94 40,8 Ikomaa Trên và cộng cạn Lợn Da 93 37 sự. (2003) Pati Cá Rohita và Falguni và Vảy 83 36,5 cá Catla cộng sự (2010) Ikomaa Cá và cộng Oreochrom-is Vảy 83 35,7 sự. niloticas (2003) Nước Rodziewi ngọt Cá chép bạc cz- (Hypophth- Motowidł Da 84 34,5 almichthys o và cộng molitrix) sự. (2008) Da 76 28,0 Duan và Cá Cyprinus Vảy 77 28,0 cộng sự. carpio Xương 80 28,0 (2009) Ikomaa và cộng Cá Pragus Vảy 73 29,9 sự. (2003) Cá cóc lưng Senaratne Biển đen và cộng Da 77 28,0 (Lagoceph- sự. alus gloveri) (2006) Cá nóc mắt Nagai và đơn (Takifugu Da 67 28,0 cộng sự. rubripes) (2002) Cá trống đỏ Da 64 16,1 Wang và (Sebastes Vảy 65 17,7 cộng sự. mentella) Xương 61 17,5 (2008) Biển Sadowska sâu Cá hồi và cộng Da 53 15,0 (Gadus sp.) sự. (2003) Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 8
  19. Phân loại 1.3 Phân loại Collagen là thuật ngữ chung cho nhóm protein có cấu túc xoắn anpha của ba sợi polypeptide, và tất cả các loại protein collagen đều có cấu trúc siêu phân tử mặc dù kích thước, chức năng và sự phân bố của chúng trong các mô khác nhau rất nhiều. Hiện nay, người ta đã tìm ra hơn 28 loại collagen khác nhau. Dựa vào cấu trúc và tổ chức siêu phân tử của collagen, chúng có thể được nhóm lại thành các nhóm: collagen dạng sợi (fibril-forming collagen), collagen tổ hợp sợi (fibril-associated collagen (FACIT)), collagen transmembrane, collagen trên nền membrane và các loại collagen khác với cấu trúc đặc biệt. Bảng 1.3.1 – Phân loại collagen [27] Loại Nhóm Thành phần Phân bố I Sợi α1[I]α2[I] Da, xương, gân, dây chằng II Sợi α1[II]3 Sụn III Sợi α1[III]3 Da, máu, mạch, ruột IV Mạng lưới α1[IV]2α2[IV] Màng membranes α3[IV]α4[IV]α5[IV] α5[IV]2α6[IV] V Sợi α1[V]3 Xương, gân, giác mạc, nhau α1[V]2α2[V] thai α1[V]α2[V]α3[V] VI Mạng lưới α1[VI]α2[VI]α3[VI] Xương, gân, sụn α1[VI]α2[VI]α4[VI] VII Sợi mỏ neo α1[VII]2α2[VII] Gân, bang quang VIII Mạng lưới α1[VIII]3 α2[VIII]3 Gân, não, tim, thận α1[VIII]2α2[VIII] IX Collagen dạng Sun, giác mạc sợi kết hợp xoắn gián đoạn (Fibril- Associated 1[IX]α2[IX]α3[IX] Collagens with Interrupted Triple helices – FACIT) X Mạng lưới α1[32]3 Sụn XI Sợi 1[XI]α2[XI]α3[XI] Sụn XII FACIT α1[XII]3 Gân, dây chằng XIII Collagen dạng Màng tế bào, gân, sụn màng kết hợp xoắn gián đoạn — (Membrane - Associated Collagens Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 9
  20. Phân loại with Interrupted Triple helices – MACIT) XIV FACIT α1[XIV]3 Xương, sụn, dây chằng XV Dạng ghép kênh Mao mạch, tinh hoàn, thận, — (multiplexins) tim XVI FACIT — Hạ bì, thận XVII MACIT Hemidesmosomes trong α1[XVII]3 biểu mô XVIII MULTIPLEXIN — Tầng hầm màng, gan XIX FACIT — Tầng hầm màng XX FACIT — Giác mạc (gà) XXI FACIT — Dạ dày, thận XXII FACIT — Mô nút giao XXIII MACIT — Tim, võng mạc XXIV Sợi — Xương, giác mạc XXV MACIT — Não, tim, tinh hoàn XXVI FACIT Tinh hoàn, buồng trứng XXVII Sợi — Sụn XXVIII — — Hạ bì, dây thần kinh hông Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 10
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2