TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA THỦY SẢN
TÔ VĂN TÈO
NGHIÊN CỨU LY TRÍCH GELATIN TỪ VẢY CÁ
LÓC VÀ CÁ RÔ ĐỒNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN
TÔ VĂN TÈO
2011
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA THỦY SẢN
NGHIÊN CỨU LY TRÍCH GELATIN TỪ VẢY CÁ
LÓC VÀ CÁ RÔ ĐỒNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN
CÁN Bộ HƯỚNG DẪN
ThS. LÊ THỊ MINH THỦY
2011
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thục hiện đề tài luận văn tốt nghiệp tôi đã gặp nhiều
khó khăn và trở ngại. Tuy nhiên, với sự kiên trì và nổ lực làm việc, cùng với sự
động viên, giúp đỡ của gia đình, thầy cô và các bạn cùng lớp nên đề tài “Nghiên
cứu ly trích gelatin từ vảy cá Lóc và cá Rô Đồng” đã đuợc tôi hoàn thành
đúng thời hạn. Qua đây tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Cô Lê Thị Minh Thủy là nguời huớng dẫn đã quan tâm, tận tình huớng
dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận vãn tốt nghiệp này.
Cô Trần Lê cẩm Tú và Anh Nguyễn Thanh Phong, Bộ môn Dinh Duỡng
& Chế Biến Thủy Sản, Khoa Thủy Sản, Truờng Đại Học cần Thơ.
Toàn thể quý thầy cô Bộ môn Dinh Duỡng và Chế Biến Thủy Sản, Khoa
Thủy Sản, Truờng Đại Học cần Thơ đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức
quý báo cho tôi.
Nguời thân và tập thể lớp Chế Biến Thủy Sản K34 đã chia sẻ và giúp đỡ
tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài.
Chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, Ngày 05 Tháng 12 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Tô Văn Tèo
TÓM TẮT
Đe tài “Nghiên cứu ly trích gelatin từ vảy cá Lóc và cá Rô Đồng”
được thực hiện nhằm mục đích tận dụng nguồn phế liệu vảy cá để sản xuất
gelatin nhằm làm tăng giá trị kinh tế cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường
trong quá trình sản xuất.
Để khảo sát các thông số tối ưu và tìm ra được quy trình thích hợp để ly
trích gelatin từ vảy cá nước ngọt, các thí nghiệm đã được tiến hành để khảo sát
các thông số: Thời gian ngâm NaOH và nồng độ NaOH tối ưu để khử protein
trong vảy cá ở nhiệt độ thường; thời gian ngâm CH3COOH và nồng độ
CH3COOH tối ưu để khử khoáng trong vảy cá ở nhiệt độ thường; ảnh hưởng của
thời gian nấu đến hiệu suất và độ nhớt của gelatin khi ly trích ở 70-80 °c.
Từ các kết quả của thí nghiệm có thể rút ra các thông số kỹ thuật tối ưu
cho quy trình trích ly gelatin như sau: Thời gian thích hợp cho việc khử protein
trong vảy cá với dung dịch NaOH là 9 giờ tưomg ứng với nồng độ NaOH là
0,7N; thời gian thích họp cho việc khử khoáng trong vảy cá với dung dịch
CH3COOH là 7 giờ tưomg ứng với nồng độ CH3COOH là 5%; thời gian ly trích
gelatin thích họp là 5 giờ.
11
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
TÓM TẮT ............................................................................................................ii
MỤC LỤC ....... ... ...............................................................................................iii
DĂNH SÁCH BẢNG .............................................................................................. V
DANH SÁCH HÌNH ......................................................................................... vi
DANH
MỤC
CÁC
TỪ
VIẾT
TẮT
............................................................................................................................ vi
i
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .................................................................................. 1
1.1 Giới thiệu ... ... .......................................................................................... 1
1.2 ......................................................................................................
Mục tiêu của đề tài ......................................................................................... 1
1.3 ......................................................................................................
Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 1
1.4 ......................................................................................................
Thời gian thực hiện ........................................................................................ 1
CHƯƠNG 2: Lược KHẢO TÀI LỆU ................................................................ 2
2.1 Giới thiệu về nguồn nguyên liệu ............................................................ 2
2.2 Giới thiệu về collagen và gelatin ........................................................... 2
2.2.1 Collagen ............................................................................................. 2
2.2.2 Gelatin ............................................................................................... 2
2.2.3 Cấu trúc phân tử collagen và gelatin ............................................... 3
2.2.4 Sự chuyển hóa từ collagen thành gelatin ......................................... 4
2.2.4 Sự Phân loại và ứng dụng của gelatin ............................................. 4
2.2.5 Một số chỉ tiêu của gelatin................................................................. 6
2.3 Quy trình ly trích gelatin tham khảo ...................................................... 7
2.3.1 ................................................................................................
Quy trình ly trích gelatin ............................................................................ 7
2.4 Một số nghiên cứu liên quan .................................................................. 9
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu ............... 11
3.1 Phương tiện nghiên cứu .......................................................................... 11
3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu .................................................... 11
3.1.2 Thiết bị và dụng cụ .......................................................................... 11
3.1.3 Hóa chất sử dụng ............................................................................. 11
3.1.4 Nguyên liệu...................................................................................... 11
3.2 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 12
3.2.1 Bố trí thí nghiệm 1 ........................................................................... 12
3.2.2 Bố trí thí nghiệm 2 ........................................................................... 13
3.2.3 Bố trí thí nghiệm 3 ........................................................................... 14
3.2.4 Bố trí thí nghiệm 4 ........................................................................... 15
3.3 Phương pháp phân tích và xử lí số liệu .................................................. 15
3.3.1 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu ................................................. 15
3.1.2 Phương pháp xử lí số liệu ................................................................ 15
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THAO LUẬN ..................................................... 16
4.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu vảy cá .......................................... 16
4.2 Ảnh hưởng của NaOH đến hiệu quả khử protein................................... 17
4.3 Ảnh hưởng của CH3COOH đến hiệu quả khử khoáng .......................... 19
iii
4.4 Ảnh hưởng của thời gian ly trích đến độ nhớt và hiệu suất thu hồi gelatin
21
4.4.1 Ảnh hưởng của thời gian ly trích đến độ nhớt của gelatin ............... 21
4.4.2 Ảnh hưởng của thời gian ly trích đến hiệu suất thu hồi gelatin ...... 22
4.5 Kết quả so sánh gelatin vảy cá và gelatin Trung Quốc .......................... 23
4.5.1 Kết quả phân tích ẩm ....................................................................... 23
4.5.2 Kết quả phân tích Khoáng ............................................................... 24
iv
4.5.3 Kết quả đo độ nhớt của hai loại gelatin ........................................... 25
4.4.3 Giá thành sản xuất lkg gelatin vảy cá .............................................. 26
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KEN NGHỊ ...................................................... 27
5.1 Kết luận .................................................................................................. 27
5.2 Kiến nghị ................................................................................................ 28
TÀI LỆU THAM KHẢO ................................................................................... 29
PHỤ LỤC .......................................................................................................... 30
IV
DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 3.1: Phương pháp phân tích mẫu .............................................................. 15
Bảng 4.1: Thành phần hóa học của vảy cá Lóc và cá Rô Đồng ........................ 16
Bảng 4.2: Hàm lượng protein còn lại trong vảy cá sau khi được xử lý bằng
NaOH ........................... ... ................. ... ............. ... ....................... .. ....... ... .. 17
Bảng 4.3: Hàm lượng protein còn lại trong vảy cá sau khi được xử lý bằng
NaOH ........................... ... ................. ... ...... .. ... ... ....................... .. ....... ... .. 19
Bảng 4.4: Độ nhớt của gelatin khi ly trích ở 3 thời gian khác nhau .................. 21
Bảng 4.5: Hiệu suất thu hồi gelatin ly trích ở thời gian khác nhau ................... 22
Bảng 4.6: Độ ẩm của hai loại gelatin ................................................................ 23
Bảng 4.7: Hàm lượng khoáng của hai loại gelatin ............................................ 24
Bảng 4.8: Độ nhớt của hai loại gelatin .............................................................. 25
Bảng 4.9: Dự toán chi phí sản xuất lkg gelatin vảy cá ...................................... 26
Bảng 4.10: Giá thành của 3 loại gelatin trên thị trường .................................... 26
Trang
Hình 2.1: cấu trúc phân tử collagen ................................................................... 2
Hình 2.2: cấu trúc phân tử gelatin ..................................................................... 2
Hình 3.1: Sơ đồ quy trình ly trích gelatin từ da cá Tra của Phan Văn Trơn... 7
5
DANH SÁCH HÌNH
Hình 3.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 .............................................................. 13
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 .............................................................. 14
Hình 3.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 .............................................................. 15
Hình 4.1: Thành phần hóa học của nguyên liệu vảy cá ................................... 16
Hình 4.2: Đồ thị thể hiện hàm luợng Protein sau khi xử lí bằng NaOH ......... 17
Hình 4.3: Đồ thị thể hiện hàm luợng khoáng sau xử lí bằng CH3COOH........ 19
Hình 4.4: Đồ thị thể hiện độ nhớt gelatin ở 3 thời gian ly trích khác nhau ...21
Hình 4.5: Đồ thị thể hiện hiệu suất thu hồi gelatin ở 3 thời gian ly trích
khác nhau ......................................................................................................... 22
Hình 4.6: Đồ thị thể hiện độ ẩm của hai loại gelatin ....................................... 23
Hình 4.7: Đồ thị thể hiện Hàm lượng khoáng của hai loại gelatin .................. 24
Hình 4.8: Đồ thị thể hiện độ nhớt của hai loại gelatin..................................... 25
Hình 5.1: Sơ đồ quy trình ly ừích gelatin vảy cá nước ngọt............................ 27
6
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
FAO
WHO
GME
V/W
TCVN
: Food and Agriculture Organization : World Health
Organization : Gelatin Manufacters of Europe : Thể
tích dung dịch(ml)/khối luợng nguyên liệu(g) : Tiêu
chuẩn Việt Nam
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Giới thiệu
Gelatin là một trong những phụ gia thực phẩm được biết đến như là chất
tạo gel cho thực phẩm. Ngoài ra gelatin còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
khác như: trong nhiếp ảnh, trong công nghiệp và cả trong y học.
Hiện nay, trên thế giới sản xuất khoảng 140.000 đến 160.000 tấn gelatin mỗi
năm và lượng gelatin sử dụng trong thực phẩm mỗi năm tăng khoảng 3%
(Nguồn: http://kilobooks.com/archive/index.php/t-48719.httnl)
Ở Việt nam, hiện nay ngành thủy sản đang phát triển mạnh mẽ. Bên cạnh
con cá tra có kim ngạch xuất khẩu đứng thứ hai sau tôm sú thì các loài cá nước
ngọt khác cũng được nuôi với quy mô lớn và đang chuyển sang hướng xuất khẩu
như: Cá rô đồng, cá lóc, cá điêu hồng. Đa số các loài cá nước ngọt cũng như cá
biển ở nước ta đều có vảy và hàng năm lượng vảy cá được thải ra môi trường là
rất lớn, chiếm từ 1 - 4% khối lượng các loài cá có vảy (Lê Thị Minh Thủy(2010), bài giảng
dầu cá- bột cả).
Vảy cá là phần không ăn được và chủ yếu được thải ra môi trường bên
ngoài, một số ít được bán chung với các phụ phẩm khác với giá rất rẻ. Với lượng
lớn vảy cá cùng các chất hữu cơ bám trên vảy cá sẽ là nguyên nhân gây ô nhiễm
môi trường và lãng phí. Chính vì thế cần phải có biện pháp tận dụng nguồn phế
phẩm này để mang lại lợi nhuận, đồng thời cũng làm giảm thiểu ô nhiễm môi
trường. Đó cũng chính là lí do để thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ly trích gelatin
từ vảy cá Lóc và cá Rô Đồng”.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Tìm ra quy trình ly trích gelatin thích họp từ vảy cá nước ngọt.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaOH và thời gian ngâm NaOH tối ưu
đến khả năng khử protein.
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CH3COOH và thời gian thủy phân tối
ưu đến khả năng khử khoáng trong nguyên liệu.
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nấu chiết tối ưu đến hiệu suất và chất
lượng của sản phẩm.
Xác định thành phần nguyên liệu và các chỉ tiêu chất lượng của gelatin.
1.4 Thòi gian thực hiện
Từ tháng 08/2011 đến tháng 11/2011.
2.1 Giói thiệu về nguồn nguyên liệu
Nguyên liệu được sử dụng trong nghiên cứu này là vảy các loài cá nước
1
CHƯƠNG 2: Lược KHẢO TÀI LIỆU
ngọt: Cá lóc, rô đồng.
Vảy cá là phế phẩm của quá trình chế biến các loài cá có vảy, chủ yếu là
bỏ đi. Một số ít được bán chung với các phụ phẩm khác với giá rất rẻ.
Thành phần vảy cá tương tự như xương, trong đó chất vô cơ chiếm trên
một nửa, đa số là canxi phosphat. Chất hữu cơ có trong vảy cá là hợp chất chứa
nitơ, trong đó chủ yếu là nguyên keo.
(nguồn:ìứXjp ://www. scribd.com/doc/41895236/che-bien-thuv- san, nsàv truy cập
22/07/2011)
2.2 Giói thiệu về collagen và gelatin
2.2.1 Collagen
Collagen và elastine là 2 protein chiếm trên 50% protein có trong xương,
da, gân, sụn, hệ thống tim mạch ... của động vật.
Collagen là protein hình sợi không đàn hồi được. Do đó bảo vệ cơ chống
lại sự kéo căng.
Tropocollagen là đơn vị cơ sở của Collagen.
Ở trạng thái tự nhiên, Collagen bị enzyme pepsine và Collagenase thủy
phân sau khi biến tính bị trypsin e, chymotrypsine, cacbonxypeptydase thủy
phân.
Khi làm biến tính collagen bằng các tác nhân như nhiệt, vật lý và hóa học
thu được gelatin.
2.2.2 Gelatin
Gelatin là các polypeptide cao phân tử dẫn xuất từ collagen, là thành
phần protein chính trong các tế bào liên kết của nhiều loài động vật, bao gồm
xương, da, vay, vảy...
Gelatin được tạo ra từ quá trình thủy phân collagen.
Theo báo cáo số 48B của tổ chức y tế thế giới (FAO/WHO,1973) giới
thiệu tiêu chuẩn và sự nhận dạng gelatin như là một thực phẩm có thể ăn được.
2
2.2.3 Cấu trúc phân tử collagen và gelatin
2.2.3.1 Cấu trúc phân tử collagen
Collagen được cấu tạo từ tropocollagen, do 3 chuỗi polypeptide tạo
thành. Trong mỗi chuỗi polypeptide có các đoạn cấu trúc (Gly-X-Y)n lập lại
nhiều lần. Trong đó n bằng 5 hoặc 6, X là proteinoline/ hidroxyproteinoline, Y là
Y: alanine/ hidroxyproteinoline.
2.2.3.1 Cấu trúc phân tử gelatin
Gelatin có cấu trúc dạng chuỗi. Chuỗi gelatin gồm những phân tử có kích
thước siêu nhỏ liên kết lại với nhau bằng liên kết hydro tạo thành mạng lưới
gelatin.
Công thức tiêu biểu cho gelatin là -Alanin-Glycin-Prolin-ArgininGlycin-Glutamic-4hydroxyprolin-glycin-Prolin-
0
Q
0
0
CH
0
HI..
vưcii—CH—c—K—CH-C— \
/
CH;
1
.
CH;
[»
L ỉ
_
C—iị—ừt—C—s—CH—c—N—CH—c—
c=ũ
ò-
CHí
C—KtỊ +
Hình 2.2: Cấu trúc phân tử gelatin
3
CW
C
2.2.4 Sự chuyển hóa từ collagen thành gelatin
Sự chuyển hóa từ collagen thành gelatin là sự chuyển đổi của những sợi
collagen có tổ chức cao phân tử không tan trong nuớc tạo thành một hệ thống
khử polyme gọi là gelatin có thể tan trong nước đã được mô tả bởi Veis (1964).
Để collagen chuyển hóa thành gelatin thì cần phải có chất xúc tác.
Thường là axit, kiềm hoặc enzyme. Tùy theo từng loại chất xúc tác mà có các
loại gelatin khác nhau. Cách đơn giản nhất là làm biến tính collagen bằng cách
gia nhiệt collagen trong môi trường axit yếu ở 40°c. Ở chế độ xử lý này, các sợi
collagen tách ra thành các đơn vị tropocollagen do bị cắt đứt liên kết hydro và
liên kết kỵ nước, những liên kết này giúp cho sự ổn định đường xoắn ốc của
collagen (John and Courts, 1977). Giai đoạn tiếp theo trong sự thủy phân
collagen là sự duỗi thẳng của mạch bao gồm việc cắt đứt cầu nối giữa các phân
tử của ba chuỗi xoắn ốc và giúp gelatin hòa tan.
Sự thủy phân collagen có thể tạo nên:
- Sự hình thành của ba chuỗi a độc lập.
- Sự hình thành một chuỗi p (2 chuỗi a được liên kết bởi một
hoặc hai liên kết cộng hóa trị) và một chuỗi a độc lập.
- Sự tạo thành một chuỗi Y (gồm 3 chuỗi liên kết bởi cầu nối
đồng hóa trị).
Sự khác biệt chủ yếu giữa sự hình thành chuỗi a, p, Y của gelatin là trọng
lượng phân tử. Sự hình thành chuỗi a có ữọng lượng phân tử thay đổi từ 80.000
đến 125.000, chuỗi p từ 160.000 đến 250.000 và chuỗi Y từ 240.000 đến
375.000 (Theo Poppe, J.1995, Trích dẫn bởi Võ Tấn Thành).
2.2.4 Sự Phân loại và ứng dụng của gelatin
2.2.4.1 Sự Phân loại gelatin
Theo phương pháp sản xuất thì gelatin được chia làm 2 loại:
Gelatin loại A: Gelatin loại A là gelatin được chế biến theo phương pháp acid.
Gelatin loại B: Gelatin loại B là gelatin được chế biến theo phương pháp kiềm.
2.2.4.2 ứng dụng của gelatin
Gelatin có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống, trong đó được
ứng dụng nhiều nhất trong các lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm và phim ảnh.
❖ Sử dụng gelatin trong thực phẩm
> Geliy, Jam, Kẹo mềm, kẹo dẻo.
4
> Các sản phẩm sữa.
> Sauce(nước sốt).
> Làm trong cà phê, bia, rượu và nước ép trái cây.
> Bánh trứng đường, bánh kem dài và các loại bánh khác.
Trong dược phẩm
> Gelatin được dùng làm vỏ bọc bên ngoài để bảo vệ dược phẩm
không tiếp xúc với ánh sáng và oxy.
♦♦♦
> Gelatin còn được dung như chất bổ sung vào khẩu phần và tăng
cường sức khỏe, syro, chất nền cho thuốc mỡ và hồ như kem đánh
răng.
❖ Trong phim ảnh
Gelatin rất có ích trong các công đoạn pha chế nhũ tương bạc halogenua
để sản xuất phim. Gelatin rất quan trọng khi phim tiếp xúc với ánh sáng hay khi
phim được rửa.
❖ Trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật
Dùng cho các nghiên cứu về vi sinh sử dụng gelatin làm môi trường nuôi
cấy. Gelatin là tác nhân nhũ tương hóa, rất có ích để kết hợp các chất lỏng và
những chất phun xịt khác.
❖ Sử dụng gelatin theo chức năng
> Tạo đông: Geliy, Jam.
> Ổn định: Kem.
> Nhũ hóa: Tạo khí.
> Làm đặc: Súp, đồ hộp.
> Kết dính: Kẹo, sản phẩm thịt.
> Liên kết: Thịt.
> Làm trong: Rượu.
2.2.5 Một số chỉ tiêu của gelatin
❖ Cường độ Bloom (độ bền gel): Cường độ Bloom là đại lượng đặc trưng
cho độ bền gel của gelatin trong nước, được xác định trong điều kiện tiêu
chuẩn.
❖ Độ nhớt: Độ nhớt là đại lượng đặc trưng thứ hai của gelatin, sau cường
độ bloom. Độ nhớt phụ thuộc nhiều vào nồng độ và nhiệt độ. Có thể sử
5
dụng nhớt kế Roto để đo độ nhớt.
❖ Độ ẩm: Độ ẩm của gelatin thông thường từ 8-13%. Ở điều kiện thường
gelatin rất dễ hấp thụ hơi nước, đặc biệt là khả năng này thể hiện mạnh
khi gelatin có độ ẩm dưới 8%. Với độ ẩm trên 16% gelatin sẽ bị vón cục
và tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hoạt động.
❖ Màu sắc: Màu săc gelatin phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, phương
pháp sản xuất và số lần trích ly. Màu săc được đánh giá theo cảm quan
dựa trên mẫu đối chứng. Màu sắc của gelatin thường từ màu vàng nâu
đến màu nâu.
❖ pH: Gelatin có khoảng pH rất rộng tuỳ thuộc vào từng loại và điều kiện
chiết khác nhau, trong môi trường kiềm hay môi trường axit. Gelatin
thông thường có giá trị pH khoảng gần 5, đây cũng là giá trị của geltin
đảm bảo tiêu chuẩn trong công nghiệp thực phẩm.
❖ Hàm lượng khoáng (tro): Hàm lượng tro được xác định để đánh giá
hàm lượng các chất vô cơ, kim loại nặng có trong gelatin. Đây là chỉ tiêu
chất lượng rất quan trọng, đặc biệt đối với việc lựa chọn gelatin ứng dụng
trong công nghiệp dược phẩm và phim ảnh.
❖ Cơ chế tạo gel của gelatin
> Gelatin trương nở khi cho vào nước lạnh, lượng nước hấp thu
khoảng 5-10 lần thể tích của chính nó.
> Tan chảy khi gia nhiệt, đông đặc khi làm lạnh.
> Sự chuyển đổi Sol-Gel có tính thuận nghịch.
> Nhiệt độ nóng chảy 27-34°C.
> Có khả năng tạo gel mà không cần phối họp với chất nào khác.
6
- Xem thêm -