Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của acid citric, acid acetic, acid lactic đến hiệu quả khử khoáng và một số tính chất cơ bản của collagen trong qui trình thu nhận collagen bằng phương pháp hóa

i LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường đại học Nha Trang, Khoa Chế biến, phòng thực hành công nghệ chế biến, phòng thực hành hóa sinh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho em trong quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu của mình. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Anh Tuấn và Ths. Trần Thị Huyền đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện tốt và động viên tinh thần cho tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài. Cũng qua đây, em muốn cảm ơn gia đình em, các anh chị cùng Khoa, các bạn cùng lớp luôn luôn chia sẻ, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và làm đề tài. Xin chân thành cảm ơn ! Nha Trang, tháng 6 năm 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Thúy Kiều ii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số loài trong giống cá Tra (Pagasius) ở Việt Nam (Mai Đình Yến và các ctv, 1992). ...............................................................................................................4 Bảng 1.5: Tình hình sản xuất và tiêu thụ cá Tra đến ngày 24/01/2011 .......................... 9 Bảng 1.6: Thành phần hóa học của da cá .................................................................... 11 Bảng 1.7: Dạng cấu trúc phân tử của một số loại Collagen ......................................... 13 Bảng 1.8: Các ứng dụng y học của Collagen. .............................................................. 22 Bảng 3.1: Thành phần hóa học cơ bản của da cá Tra ban đầu. .................................... .40 iii DANH MỤC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ Hình 1.1: Hình dạng bên ngoài của cá Tra……………....................... ............................. 3 Hình 1.2 : Hình ảnh cấu trúc của Collagen…………………………... ............................. 12 Hình 2.1: Nguyên liệu da cá Tra........................................................................................ 27 2.3.1. Sơ đồ Quy trình nghiên cứu tổng quát………………………... ............................. 30 2.3.2.Sơ đồ Quy trình nghiên cứu…………………………………… .............................. 32 2.3.4.Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ các loại Axit lên hiệu quả khử khoáng và các tính chất của collagen………………………. ........................................... 2.3.5.Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian xứ lý các loại axit lên hiệu quả khử khoáng và các tính chất của collagen…………………. ............................................ 2.3.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ xử lý các loại axit lên hiệu quả khử khoáng và các tính chất của collagen…………………. ................................................... Hình 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ các loại Axit đến hiệu quả khử khoáng ..................... Hình3.2:Ảnh hưởng của nồng độ các loại Axit đến nhiệt độ biến tính của collagen……………………………………………………………… .............................. Hình 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ các loại Axit đến khả năng giữ nước của Collagen .... Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian xử lý các loại Axit đến hiệu suất khử khoáng…........ Hình 3.5: Ảnh hưởng của thời gian xử lý các loại Axit đến khả năng giữ nước của collagen…………………………………………………….............................................. Hình 3.6: Ảnh hưởng của thời gian xử lý các loại Axit đến nhiệt độ biến tính của collagen…………………………………………………….............................................. Hình 3.7: Ảnh hưởng của tỷ lệ(w/v) các loại Axit đến hiệu suất khử khoáng… ............... Hình 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ (w/v) các loại Axit đến khả năng giữ nước của collagen ........................................................................................................................... Hình 3.9: Ảnh hưởng của tỷ lệ (w/v) các loại Axit đến nhiệt độ biến tính của collagen…………………………………………………………. ..................................... Hình 3.10: Ảnh hưởng của việc không khử khoáng bằng axit đến nhiệt độ biến tính của collagen……………………………………………….. ............................................... … Hình 3.11 : Hàm lượng Collagen trong sản phẩm Collagen……….…...................... … . 34 36 38 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 51 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ĐBSCL : Đồng bằng song Cửu Long CTV : Cộng tác viên NN-PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn VASEP : Hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam TNHH : Trách nhiệm hữu hạn KS : Kỹ sư TS : Tiến sĩ ThS : Thạc sĩ BS : Bác sĩ USD : Đô la v MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………............................. ….1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN………………………………................................... …....3 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁ TRA VÀ DA CÁ TRA…………… ............................ . 3 1.1.1.Tìm hiểu chung về cá Tra……………………………… ............................ . 3 1.1.2. Nguồn lợi cá Tra …………………………………………… .................... . 8 1.1.3. Sản lượng nuôi và thị trường xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam…................... . 8 1.1.4.Nguyên liệu da cá Tra................................................................. ................ 10 1.2. TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN……………………………… .................... 11 1.2.1.Định nghĩa Collagen …………………………………………... ................ 11 1.2.2.Cấu tạo và cấu trúc……………………………………………................... 12 1.2.3. Phân loại……………………………………………………… ................ 15 1.2.4.Tính chất của collagen………………………………………… ................. 16 1.2.5.Những tính chất khác của Collagen…………………………… ................ 19 1.2.6.Ứng dụng của Collagen……………………………………… ........... …… 19 1.2.7.Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước……………….. ................ 22 1.3. NHỮNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA COLLAGEN ................................ 24 1.3.1. Tủa bằng muối………………………………………………… ................ 24 1.3.2. Tủa bằng ion kim loại…………………………………………. ................ 25 1.3.3. Tủa bằng phương pháp điểm đẳng điện……………………….................. 25 CHƯƠNG 2:ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……..…......... …..27 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................................ 27 2.1.1. Da cá Tra…………………………………………………….................... 27 2.1.2. Hóa chất……………………………………………………… ................. 27 2.1.3. Thiết bị sử dụng để làm thí nghiệm………………………….. ................. 28 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………….. .................... 29 2.2.1.Phương pháp…………………………………………………… ................ 29 2.2.2. Phương pháp phân tích………………………………………... ................ 29 2.2.3.Phương pháp xử lý số liệu……………………………………... ................ 29 vi 2.3. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM………………………………. .................... 30 2.3.1. Sơ đồ Quy trình nghiên cứu ………………………… .............................. 30 2.3.2.Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát……………………………………......... 32 2.3.3.Phương pháp thu và xử lý mẫu………………………………… ................ 33 2.3.4.Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ các loại Axit lên hiệu quả khử khoáng và các tính chất của collagen………………………. ....................... 34 2.3.5.Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian xứ lý các loại axit lên hiệu quả khử khoáng và các tính chất của collagen………………….................. 36 2.3.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ xử lý các loại axit lên hiệu quả khử khoáng và các tính chất của collagen…………………. ........................ 38 CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN…… ............................. 40 3.1.THÀNH PHẦN HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA DA CÁ TRA……………… .. … 40 3.2. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA XỬ LÝ AXIT CHO DA CÁ .... 41 3.2.1. Kết quả thăm dò ảnh hưởng của nồng độ các loại Axit đến hiệu quả xử lý da cá Tra và một số tính chất của Collagen…………………… ..................... 41 3.2.2. Kết quả thăm dò ảnh hưởng của thời gian xử lý các loại Axit đến hiệu quả xử lý da cá Tra và một số tính chất của collagen……………….. ................. 45 3.2.3. Kết quả thăm dò ảnh hưởng của tỷ lệ (w/v) các loại Axit đến hiệu quả xử lý và một số tính chất của da cá Tra……………………………… ................ 48 3.2.4. Kết quả thăm dò hiệu quả xử lý và một số tính chất của sản phẩm Collagen không qua khử khoáng bằng axit………………………….. ................ 51 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN………………………………. ................... 53 I. KẾT LUẬN ………………………………………………………. ................. 53 II. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN………………………………………………. ................. 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… .................... 55 PHỤ LỤC 1 LỜI MỞ ĐẦU 1)Tính cấp thiết của đề tài: Collagen là một polyme với bản chất là protein dạng sợi chiếm tới 25% tổng lượng protein trong cơ thể người, có chức năng chính là kết nối các mô trong cơ thể lại với nhau [6][31]. Hiện nay Collagen được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp thuộc da, mỹ phẩm, phẫu thuật… cũng như các ứng dụng khác trong ngành công nghệ sinh học. Trong ngành mỹ phẩm, Collagen được sử dụng như một chất chống lão hóa và tái tạo da rất hiệu quả. Trong y học, nhờ tính chất tái tạo cấu trúc mô, Collagen được sử dụng rộng rãi để sản xuất da nhân tạo thay thế cho phần da chết, điều trị sau phẫu thuật chỉnh hình…[31] Theo Hiệp hội Chế biến & Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam, các doanh nghiệp này có khả năng tiêu thụ khoảng 4.000 tấn nguyên liệu/ngày. Nguồn nguyên liệu này hầu hết chỉ được chế biến chủ yếu để xuất khẩu với các dạng sản phẩm là cá Tra fillet đông lạnh. Trong quy trình sản xuất cá Tra fillet đông lạnh thì phụ phẩm trong đó có da cá chiếm tới 70% khối lượng nguyên liệu và nó được bán với giá rất rẻ. Trên thế giới hiện nay Collagen được mua với giá 25–30USD/kg, trong khi cá Tra fillet đông lạnh được bán cao nhất cũng chỉ 3,5–4 USD/kg, còn các mặt hàng khác được xuất khẩu với giá chỉ 2 -2,5USD/kg, và da cá tươi có giá chưa tới 0,5 USD/kg.[20] Trên thế giới đã có một số quy trình sản xuất Collagen từ các loại da khác nhau như cá cod, catfish, da chuột, xương da và mô của trâu bò và lợn… góp phần mang lại lợi ích kinh tế rất lớn. Ở nước ta hiện nay các doanh nghiệp vẫn chưa có hướng giải quyết phù hợp mà chỉ dừng lại ở việc xuất khẩu nguồn nguyên liệu da thô cho các công ty nước ngoài chế biến tiếp. Mặc dù ở Việt Nam, các nghiên cứu và triển khai sản xuất gelatin đã được một số doanh nghiệp áp dụng nhưng thực tế cho thấy vẫn còn nhiều bất cập [34]. Xuất phát từ những vấn đề trên, việc nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất Collagen từ da cá Tra nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của nguồn nguyên liệu này là rất cần thiết. Như vậy đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của acid Citric, acid Acetic, acid Lactic đến hiệu quả khử khoáng và một số tính chất cơ bản (khả năng giữ nước, nhiệt độ biến tính, hàm lượng 2 hydroxyproline )của collagen trong qui trình thu nhận collagen bằng phương pháp hóa học” được thực hiện nhằm tạo tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo để sản xuất Collagen từ da cá Tra có chất lượng tốt, hiệu suất cao. Đề tài hoàn thành sẽ có ý nghĩa cả về mặt khoa học và thực tiễn, đáp ứng sự mong đợi của các doanh nghiệp, các nhà quản lý kinh tế. 2) Mục tiêu của đề tài là: Nghiên cứu ảnh hưởng của acid Citric, acid Acetic, acid Lactic đến hiệu quả khử khoáng và một số tính chất (khả năng giữ nước, nhiệt độ biến tính, hàm lượng hydroxyproline )của collagen trong qui trình thu nhận collagen bằng phương pháp hóa học từ da cá tra. 3) Ý nghĩa khoa học của đề tài: - Tạo ra dẫn liệu khoa học làm tài liệu tham khảo tốt cho cán bộ giảng dạy sinh viên, các nhà nghiên cứu và các nhà chế biến thủy sản. - Tạo ra các số liệu làm nền cho các nghiên cứu tiếp theo về sản xuất và nghiên cứu ứng dụng Collagen 4) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài : - Giúp các doanh nghiệp có tài liệu tham khảo để sản xuất ra các sản phẩm có giá trị cao hơn về da cá, tăng thêm lợi nhuận thay vì sản xuất da thô. 5) Đồ án có nội dung bao gồm: - Xác định ảnh hưởng của các axit trong công đoạn khử khoáng của qui trình thu nhận collagen từ da cá tra - Phân tích một số tính chất đặc trưng của sản phẩm collagen. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁ TRA VÀ DA CÁ TRA 1.1.1.Tìm hiểu chung về cá Tra [22][3] 1.1.1.1. Cá Tra là loại cá da trơn, một trong 11 loài thuộc họ cá Tra (Pangasiidae) đã được xác định ở sông Cửu long. Tài liệu phân loại gần đây nhất của tác giả W.Rainboth xếp cá Tra nằm trong giống cá Tra dầu. Cá Tra thuộc lớp cá Lưỡng Tiêm (Pisces) Bộ cá Nheo Siluriformes. Họ cá Tra Pangasiidae. Giống cá Tra dầu Pangasianodon. Loài cá Tra Pangasianodon hypophthalmus Hình 1.1: Hình dạng bên ngoài của cá Tra 4 Bảng 1.1: Một số loài trong giống cá Tra (Pagasius) ở Việt Nam (Mai Đình Yến và các ctv, 1992). [27] STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Các loài trong giống cá Tra Việt Nam Tên khoa học Tên Tiếng Việt Pagasius hyphothalmus Cá Tra Pagasius bocourti Cá Basa Pagasius macronema Cá Sát Sọc (Tra Nâu) Pagasius larnaudii Cá Vồ Đém Pagasius nasutus Cá Sát Bầu (cá Hú) Pagasius sutchi Cá Tra Nghệ Pagasius taeniurus Cá Bông Lau Pagasius poliranodon Cá Dứa Pagasius siamensis Cá Sát Siêm a. Phân bố [22] Cá Tra phân bố ở lưu vực sông Mêkông, có mặt ở cả 4 nước Lào, Việt Nam, Campuchia và Thái Lan. b. Hình thức nuôi Nuôi thâm canh, bán thâm canh với mô hình nuôi bè, nuôi trong ao hầm. Ngoài ra, trong mấy năm gần đây đã phát triển nuôi cồn và đăng quần cũng cho hiệu quả cao. c.Thu hoạch [22] Thu hoạch quanh năm. Thông thường một vụ nuôi kéo dài khoảng 6-8 tháng, nếu thả cá nhỏ thì thời gian thu hoạch dài hơn (khoảng 10-12 tháng). Khi thu hoạch dùng lưới, đăng, rùng, vó để bắt cá, sau cùng tát cạn thu toàn bộ. d. Đặc điểm sinh lý và sinh dưỡng[22][3] Cá có thân dài, không vẩy, màu sắc đen xám trên lưng, bụng hơi bạc, miệng rộng, có 2 đuôi râu dài. Cá sống chủ yếu trong nước ngọt, có thể sống được ở vùng nước hơi lợ (10 - 14 % độ muối), có thể chịu đựng được nước phèn với pH≥4 (pH dưới 4 thì cá bỏ ăn, bị sốc), ít chịu đựng được nhiệt độ thấp dưới 150C, chịu nóng tới 390C. 5 Cá trong tự nhiên, có thể sống trên 20 năm. Đã gặp cỡ cá trong tự nhiên 18kg hoặc có mẫu dài tới 1,8m. Trong ao nuôi cá bố mẹ cho đẻ đạt tới 25 kg ở cá 10 tuổi. Nuôi trong ao 1 năm cá đạt 1 - 1,5 kg/con (năm đầu tiên), những năm về sau cá tăng trọng nhanh hơn, có khi đạt 5 - 6 kg/năm. e. Đặc điểm sinh sản[22][3] Tuổi thành thục: Cá Tra đực thành thục ở tuổi thứ 2 và cá cái ở tuổi thứ 3 trở lên. Cá Tra không có cơ quan sinh dục phụ (thứ cấp), nên nhìn hình dáng ngoài khó phân biệt đực cái. Mùa vụ thành thục của cá trong tự nhiên bắt đầu từ tháng 5 - 6 (dương lịch). Ở Campuchia, bãi đẻ của cá nằm từ khu vực ngã tư giao tiếp 2 con sông Mê Kông và Tonlesap, từ Sombor, tỉnh Crache trở lên. Trong sinh sản nhân tạo, ta có thể nuôi thành thục sớm và cho đẻ sớm hơn trong tự nhiên (tháng3). Cá Tra có thể tái phát dục 1 - 2 lần trong năm. Số lượng trứng đếm được trong buồng trứng của cá ta gọi là sức sinh sản tuyệt đối. Sức sinh sản tuyệt đối của cá Tra có thể từ 200.000 đến vài triệu trứng. 1.1.1.2.Thành phần khối lượng và hóa học cá Tra [3] 1. Thành phần khối lượng Thành phần khối lượng là tỷ lệ phần trăm về khối lượng của các phần trong cơ thể so với toàn bộ cơ thể của nguyên liệu. Thành phần này thay đổi tùy theo giống, loài, tuổi, giới tính, thời tiết khu vực, sinh lý, mức độ trưởng thành về sinh dục. Đối với những loài cá nhỏ nếu nội tạng không có phần nào tận dụng chế biến được hoặc trọng lượng quá bé thì ta gộp toàn bộ nội tạng thành một phần, có khi chỉ chia thành phần khối lượng một cách đơn giản là phần ăn được và phần ăn không ăn được. Cơ thể cá càng lớn thì tỷ lệ ăn được càng cao. Bảng 1.2: Thành phần khối lượng cá Tra kích cỡ 1-1,5kg. [3] Tổng khối Đầu + nội Mỡ lá (%) lượng (%) tạng+xương, vây (%) Thịt vụn (%) Da (%) Thịt sau khi chỉnh hình (%) 100,0 15,0 4,0 26,4 45,0 9,6 6 Từ bảng 1.2 ta thấy thành phần phần trăm về khối lượng của da cá Tra có hàm lượng thấp hơn so với các thành phần khác trong cá Tra như đầu, nội tạng, xương vây, mỡ lá, thịt vụn nhưng da có khả năng sử dụng để sản xuất các chế phẩm có giá trị như Collagen, gelatin… 2. Thành phần hóa học [27] Thành phần hóa học của các loài thủy sản gồm: nước, protein, lipid, muối vô cơ, vitamin...Các thành phần này khác nhau rất nhiều, thay đổi phụ thuộc vào giống, loài, giới tính, điều kiện sinh sống...Ngoài ra, các yếu tố như thành phần thức ăn, môi trường sống, kích cỡ cá và các đặc tính di truyền cũng ảnh hưởng đến thành phần hóa học, đặc biệt là ở cá nuôi. Các yếu tố này có thể kiểm soát được trong chừng mực nào đó. Thành phần hóa học của các bộ phận của cá phụ thuộc vào đặc điểm sinh sống, giống loài, mùa vụ… Ngoài thành phần thịt cá là thành phần chính tạo nên giá trị của cá thì các thành phần khác như trứng, gan cũng có giá trị về dinh dưỡng rất cao. Ngoài ra, da cá cũng là một thành phần được chú ý để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng. Bảng 1.3: Thành phần hóa học của cá (%).[1][27] Thành phần chỉ tiêu Nước Protein Lipid Muối vô cơ Thịt cá 48,0-85,1 10,3-24,4 0,1-5,4 0,5-5,6 Trứng cá 60,0-70,0 20,0-30,0 1,0-11,0 1,0-2,0 Gan cá 40,0-75,0 8,0-18,0 3,0-5,0 0,5-1,5 Da cá 60,0-70,0 7,0-15,0 5,0-10,0 1,0-3,0 Thành phần hóa học của thịt cá Tra bao gồm: nước, protein, lipit, gluxit, khoáng chất, vitamin, enzym, hormon. Cũng giống như những loài thủy sản khác, thành phần hóa học khác nhau về giống loài, trong cùng một loài nhưng sống ở môi trường nước khác nhau thì thành phần hóa học cũng khác nhau. Thành phần hóa học của cá Tra còn phụ thuộc vào mùa vụ, thời tiết khí hậu, nguồn thức ăn, trạng thái sinh lý của cá. Thành phần hóa học ảnh hưởng rất lớn đến giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. [1] 7 Thành phần hóa học của cá Tra được trình bày cụ thể ở bảng dưới đây: Bảng 1.4: Thành phần hóa học cơ bản của cá Tra. [27] Thành phần dinh dưỡng trên 100g thành phẩm ăn được Tổng năng lượng Chất cung cấp (calori) đạm (g) Tổng lượng Chất béo chưa bão hòa Cholesterol Natri chất béo (g) (có DHA, EPA) (g) (%) (mg) 124,520 3,420 23,420 1,780 0,025 70,600 Từ bảng 1.4 ta thấy cá Tra là một loài cá béo có hàm lượng dinh dưỡng tương đối cao, cụ thể như tổng năng lượng cung cấp là 124,520 (calori); trong đó hàm lượng protein chiếm tỷ trọng chủ yếu (23,420g), hàm lượng lipid với 3,420g và chất béo không bão hòa chiếm tỷ lệ cao hơn chất béo bão hòa. Vì vậy thịt cá Tra dễ tiêu hóa. Tuy hàm lượng chất béo cao nhưng hàm lượng cholesterol lại thấp (0,025%). Do đó thịt cá Tra dùng làm thực phẩm đảm bảo rất tốt cho người sử dụng.  Khoáng Chất khoáng của cá phân bố chủ yếu trong mô xương, đặc biệt trong xương sống. Canxi và phospho là 2 nguyên tố chiếm nhiều nhất trong xương cá. Thịt cá là nguồn giàu sắt, đồng, lưu huỳnh và iôt. Ngoài ra còn có niken, coban, chì, asen, kẽm. - Hàm lượng chất sắt trong thịt cá nhiều hơn động vật trên cạn, cá biển nhiều hơn cá nước ngọt, cơ thịt cá màu sẫm nhiều hơn thịt cá màu trắng. - Sunfua (S) có phổ biến trong thịt các loài hải sản, chiếm khoảng 1% chất khô của thịt. Sunfua trong thịt cá phần lớn tồn tại ở dạng hợp chất hữu cơ sunfua hòa tan. Hàm lượng sunfua nhiều hay ít có ảnh hưởng lớn đến màu sắc của sản phẩm. - Hàm lượng đồng trong cá ít hơn so với động vật thủy sản không xương sống. - Hàm lượng iod trong thịt cá ít hơn so với động vật hải sản không xương sống. Cá biển có hàm lượng iod cao hơn cá nước ngọt. Hàm lượng iod của động vật hải sản nói chung nhiều gấp 10 - 50 lần so với động vật trên cạn. Thịt cá có nhiều mỡ thì hàm lượng iod có xu hướng tăng lên.[22] 8 1.1.2. Nguồn lợi cá Tra [22] Cá Tra phân bố ở một số nước Ðông Nam Á như Campuchia, Thái Lan, Indonexia và Việt Nam. Ðây là một trong những loài cá nuôi quan trọng có giá trị kinh tế. Cá Tra được nuôi phổ biến hầu hết ở các nước Ðông Nam Á, là một trong 6 loài cá nuôi quan trọng nhất của khu vực này. Bốn nước trong hạ lưu sông Mê kông đã có nghề nuôi cá Tra truyền thống là Thái lan, Campuchia, Lào và Việt Nam do có nguồn cá Tra tự nhiên phong phú. Ở Campuchia, tỷ lệ cá Tra thả nuôi chiếm 98% trong 3 loài thuộc họ cá Tra, chỉ có 2% là cá ba sa và cá vồ đém, sản lượng cá Tra nuôi chiếm một nửa tổng sản lượng các loài cá nuôi. Một số nước trong khu vực như Thái Lan, Malaysia, Indonesia đã nuôi cá Tra có hiệu quả từ những thập niên 70-80 [22]. Hiện nay nuôi cá Tra đã phát triển ở nhiều địa phương, không chỉ ở Nam bộ mà một số nơi ở miền Trung và miền Bắc cũng bắt đầu quan tâm nuôi các đối tượng này. Ðồng bằng sông Cửu Long ( ĐBSCL) và các tỉnh Nam bộ mỗi năm cho sản lượng cá tra nuôi hàng trăm ngàn tấn. ÐBSCL có hơn 50% số tỉnh nuôi cá bè, nhưng tập trung nhất là hai tỉnh An Giang và Ðồng Tháp, với hơn 60% số bè nuôi và có năm đã chiếm tới 76% sản lượng nuôi cá bè của toàn vùng [22]. Nghiên cứu sinh sản nhân tạo cá Tra được bắt đầu từ năm 1978. Từ năm 1996, Ðaị học Cần Thơ, Viện nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản II, công ty Agifish An Giang đã nghiên cứu nuôi vỗ thành thục cá bố mẹ và cho đẻ nhân tạo cá basa, cá Tra thành công, chủ động giải quyết con giống cho nghề nuôi cá này[22]. 1.1.3. Sản lượng nuôi và thị trường xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam [28][36][30] Thứ trưởng Bộ NN&PTNT Vũ Văn Tám, Phó ban Chỉ đạo sản xuất và tiêu thụ cá tra vùng ĐBSCL nhận định: Năm 2010, tình hình sản xuất, tiêu thụ cá tra ở vùng ĐBSCL có nhiều biến động không có lợi cho ngành nuôi cá tra Việt Nam. Dù vậy, tổng sản lượng sản xuất cá tra giống toàn vùng đạt gần 2,4 tỉ con; diện tích thả nuôi 5.420 ha; năng suất trung bình đạt 261,2 tấn/ha/vụ; sản lượng cá thu hoạch 1,141 triệu tấn; sản lượng cá xuất khẩu đạt 645.000 tấn; kim ngạch xuất khẩu đạt 1,39 tỉ USD, giảm 2,8% về lượng, 7,8% về kim ngạch xuất khẩu so cùng kỳ năm 2009. [28]. 9 Bảng 1.5: Tình hình sản xuất và tiêu thụ cá Tra đến ngày 24/01/2011 [36] STT Địa phương Diện tích thả nuôi năm 2010(ha) Sản lượng lũy kế 03 tháng 2010(tấn) 1 Tiền Giang 110 3.056 2 Bến Tre 410 11.000 3 Đồng Tháp 1.870 41.572 4 Vĩnh Long 307 14.000 5 An Giang 1.000 88.576 6 Cần Thơ 782(1400) 21.055 7 Hậu Giang 155 8.000 8 Sóc Trăng 113 1.828 9 Trà Vinh 110 1.948 10 ĐBSCL 5.420 1141.000 10.097 1330.207 Tổng cộng Mặc dù chịu ảnh hưởng do khủng hoảng kinh tế, nhưng các thị trường nhập khẩu cá Tra, cá Basa chủ lực của Việt Nam (mạnh nhất là: EU, Mỹ, ASEAN, Ucraina, Mexico, Ai Cập) đều có mức tăng trưởng khá cả về mặt khối lượng và giá trị so với cùng kỳ năm 2008. Hiện tại, EU vẫn là khối thị trường lớn nhất nhập khẩu cá Tra, cá Basa của Việt Nam, với 26/27 quốc gia đã nhập khẩu cá của Việt Nam. Trong đó, 3 nước đứng đầu là Tây Ban Nha, Đức và Hà Lan, có khối lượng nhập khẩu chiếm 60% tổng lượng nhập khẩu cá Tra, Basa của toàn EU. Tây Ban Nha và Đức đồng thời là hai nhà nhập khẩu cá Tra, Basa lớn nhất của Việt Nam trong số 110 quốc gia nhập khẩu hai mặt hàng này. [30] Theo Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam, trong 2 tháng đầu năm 2011, xuất khẩu cá tra vào Braxin đã tăng 694% về khối lượng và 790% về giá trị so với cùng kỳ năm ngoái, cho dù Braxin đang ra sức thắt chặt nhập khẩu cá tra bằng các biện pháp 10 bảo hộ như áp thuế nhập khẩu cao, kéo dài thời gian cấp giấy phép nhập khẩu tới 120 ngày, gây tốn kém cho các doanh nghiệp xuất khẩu.[37] Nhìn chung với thế mạnh và hiệu quả của nghề nuôi cá Tra, 10 năm qua, từ một loài cá bản địa, cá Tra đã trở thành sản phẩm chiến lược quốc gia, sản lượng nuôi tăng gấp 65 lần, đóng góp khoảng 2% GDP của cả nước; chiếm hơn 1/2 tổng sản lượng thuỷ sản xuất khẩu cả nước. Thị trường tiêu thụ cá Tra đã được mở rộng và có uy tín ở 130 nước và vùng lãnh thổ. Một số nước, khu vực nhập khẩu lớn là Ucraina, Nga, EU, Bắc Phi, Trung Đông, Mỹ. Nhóm sản phẩm cá Tra càng quan trọng bởi chỉ sử dụng một diện tích rất nhỏ bé để nuôi (khoảng 6.000 ha mặt nước, bằng 1% diện tích nuôi tôm), có năng lực cạnh tranh trên thị trường quốc tế, tạo việc làm cho hàng chục vạn công nhân, nông ngư dân, góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế, nhất là ở vùng nông thôn ĐBSCL[29]. 1.1.4.Nguyên liệu da cá Tra [28][20][27] Trong quy trình sản xuất cá Tra fillet đông lạnh xuất khẩu, lượng phế phẩm, phụ phẩm chiếm trên dưới 70% nguyên liệu, được bán với giá rất rẻ. Ước tính 700.000 tấn cá Tra sẽ loại ra được 100.000 tấn mỡ và khoảng 50.00070.000 tấn phế liệu da và xương. Như vậy, có thể nói rằng nguồn nguyên liệu da cá rất dồi dào. Kết quả cho thấy Collagen từ da cá Tra đạt những tiêu chuẩn không thua kém từ các nguồn nguyên liệu khác. [28] Hiện nước ta có khoảng 168 doanh nghiệp xuất khẩu cá Tra, cá basa. Các doanh nghiệp này có khả năng tiêu thụ khoảng 4.000 tấn nguyên liệu/ngày. Với tỷ lệ này, hằng ngày các nhà máy chế biến thủy sản thải ra môi trường một lượng rất lớn phụ phế phẩm gồm đầu, xương, mỡ, da cá,…Theo ước tính của VASEP (2006), nếu sản lượng cá Tra nguyên liệu đạt 1 triệu tấn trong năm, thì các nhà máy chế biến thủy sản sẽ phải loại bỏ hơn 600.000 tấn phế phẩm cá Tra. Do đó, việc gia tăng giá trị sử dụng nguồn phế liệu này trở thành một yêu cầu cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của nguyên liệu, tăng thu nhập cho nhà sản xuất và giảm tác động xấu đến môi trường, chi phí xử lý chất thải. [20] Da cá là một trong những loại nguyên liệu còn lại chiếm tỷ trọng khá cao, khoảng 4,8 đến 5,1% tùy thuộc vào hình thức nuôi và kích cỡ cá khi thu hoạch. Nếu như mỗi ngày các doanh nghiệp chế biến các sản phẩm cá Tra ở Việt Nam tiêu thụ khoảng 4.000 tấn nguyên 11 liệu thì cũng đồng nghĩa với việc họ loại ra khoảng 192 đến 204 tấn da cá Tra. Cho đến nay, hình thức xử lý lượng da cá Tra này mới chỉ dừng lại ở việc một phần rất nhỏ đem chế biến thành thực phẩm như bánh phồng, da cá tẩm gia vị, một phần nhỏ lẻ khác sản xuất Gelatin, còn hầu hết phần lớn lượng da cá này được xuất khẩu đông lạnh với giá thành rất rẻ. Thành phần hóa học của da cá nói chung thường bao gồm khoảng 60-70% là nước, một ít chất vô cơ, còn lại là protein và chất béo. Protein của da cá chủ yếu là Collagen, elastin, keratin, rutin, globulin, và albulmin. Bảng 1.6: Thành phần hóa học của da cá [27] Thành phần\chỉ tiêu Nước (%) Protein (%) Lipid (%) Muối vô cơ (%) Da cá 60-70 7-15 5-10 1-3 Thành phần hóa học cơ bản của da cá Tra ban đầu. (kế thừa nghiên cứu của Trần Thị Huyền, luận văn thạc sỹ kĩ thuật) Chỉ tiêu Nước Protein Lipid Khoáng Hàm lượng (%) 61,75 19,62 16,81 1,32 Như vậy việc nghiên cứu sản xuất Collagen từ da cá Tra là rất cần thiết, nó không những mang lại kết quả kinh doanh tốt mà còn có ý nghĩa rất lớn trong việc phất triển công nghệ, tận dụng một cách hiệu quả những phế liệu của cá Tra, cá basa gia tăng giá trị cho toàn ngành thủy sản đồng thời giảm ô nhiễm môi trường. 1.2. TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN 1.2.1.Định nghĩa Collagen [12] Collagen là một loại protein kiến tạo chống đỡ cơ học đảm bảo độ bền và tính mềm dẻo của mô liên kết. Collagen là protein chính của mô nối động vật và là protein dồi dào nhất ở những động vật có vú, chiếm khoảng 25% tới 35% toàn bộ lượng protein trong cơ thể. Collagen tạo nên 1% tới 2% của mô cơ, và chiếm 6% về trọng lượng của gân, xương, dây chằng, sụn và răng trong cơ thể. 12 1.2.2.Cấu tạo và cấu trúc a. Công thức hoá học: C4H6N2O3R2.(C7H9N2O2R)n. [26] - Công thức cấu tạo: - Cấu trúc phân tử Collagen:[38][39] a) b) Hình 1.2 : Hình ảnh cấu trúc của Collagen a) Cấu trúc của Collagen; b) Cấu trúc của xoắn bộ ba Các nhà nghiên cứu bao gồm Nobel, Watson và Crick, Linus Pauling đã biết được cấu trúc Collagen khi nó mới được phát hiện. Vào năm 1954, cấu trúc xoắn gốc bộ 3 trong nghiên cứu của GN.Ramachandran được xem như đúng và hợp lý, theo kết quả nghiên cứu của ông thì một sợi Collagen là một bó các sợi lớn. Mỗi sợi lớn lại là một bó gồm nhiều sợi nhỏ. Sợi nhỏ lại bao gồm nhiều xoắn bộ ba. Mỗi xoắn này là tập hợp của 3 mạch polypeptid bện lại với nhau, được gọi là đơn vị cấu trúc của Collagen.[5] Đơn vị cấu trúc của phân tử Collagen được gọi là tropocollagen là một dải dài 300nm và có đường kính 1,5nm, tạo thành bởi 3 mạch polypeptid mà mỗi mạch có thể là dạng chuỗi anpha 1 (α1) hoặc chuỗi anpha 2 (α2), có khi có cả chuỗi anpha 3 (α3). Mỗi mạch polypeptid 13 có dạng xoắn ốc từ bên trái, không bị xáo trộn với mỗi xoắn anpha từ bên phải. Một mạch polypeptid chứa chính xác 1050 amino acid. [24][39] Một số tổng kết về cấu trúc các loại Collagen như sau: Bảng 1.7: Dạng cấu trúc phân tử của một số loại Collagen [14] Loại Collagen Dạng cấu trúc I [α1]2 α2 [α1]3 II [α1]3 III [α1]3 IV [α1]3 [α1]2 α2 V [α1]2 α2 VI α1 α2 α3 VII [α1]3 VIII [α1]3 IX α1 α2 α3 X - XI [α1]2 α2 Collagen chứa nhiều thành phần như: glycine, alanine, proline, hydroxyproline, glutamic acid và có ít các methionine, tyrosine, histidine. Tổng lượng amino acid vào khoảng 88,06 g/100g. Tương đối trơ về mặt hóa học. Chủ yếu có chức năng cơ học. Tạo thành bởi ba chuỗi polypeptit (peptit anfa), mỗi chuỗi này đều được sắp xếp theo một đường xoắn ốc phía tay trái.[39] Ba chuỗi xoắn ốc được cuộn cùng nhau chiều thuận tay phải, "đường xoắn ốc đặc biệt" hoặc đường xoắn ốc bộ ba, một cấu trúc bậc bốn được ổn định bởi nhiều liên kết hyđrô. Một đặc điểm đặc trưng của Collagen là sự sắp xếp đều đặn của các amino axit trong mỗi mắt xích của từng chuỗi xoắn ốc Collagen này. Thông thường các chuỗi theo mẫu sau: 14 Gly-Pro-Y hoặc Gly-X-Hyp, ở đây X và Y là các axit amin còn lại. Mỗi acid amin có một chức năng riêng biệt. Proline hoặc hydroxyproline tạo nên khoảng 1/6 tổng số chuỗi.[39] Glycine chiếm 1/3 số chuỗi, điều này có nghĩa là khoảng nửa chuỗi Collagen không chứa glycine, proline hoặc hydroxyproline trong các chuỗi peptit Collagen anfa. Mặt bên của Glycine, có một nguyên tử H duy nhất khớp với trung tâm dày đặc cuả xoắn 3 thành phần. Hydro trong liên kết NH của Glycine còn lại với một nhóm CO- trong mạch peptid trong polypeptid liền kề giúp giữ vững 3 mạch với nhau. Góc hợp bởi C và N trong vòng peptidyl của Proline hoặc Hydroxyproline cho phép mỗi mạch polypeptid tạo nếp gấp trong một đường xoắn với một cấu trúc hình học như là các mạch polypeptid có thể xoắn lại với nhau tạo nên một xoắn 3 thành phần. Điều đặc biệt là mặc dù liên kết không linh động peptidylproline phá vỡ sự xếp kín của các acid amin trong một xoắn anpha, nhưng chúng lại làm ổn định vòng xoắn Collagen 3 thành phần. [38] [40] Sự phân bố đều đặn với hàm lượng glycine cao được tìm thấy ở một số ít loại protein dạng sợi, như sợi tơ tằm. Chiếm 75- 80 % của tơ tằm là : Gly - Ala – Gly- Ala với 10% serine. Các phân đoạn ngắn ở phía cuối của mạch Collagen là phần rất quan trọng trong việc tạo thành các sợi Collagen. Các phân đoạn này không mang thể cấu tạo dạng xoắn ốc và không chứa các acid amin thông thường như hydroxylysine. Các liên kết ngang aldol cùng hoá trị tạo nên giữa 2 lysine hoặc hydroxylysine còn lại tại cabon C cuối cùng của phân tử Collagen với 2 phần còn lại tại vị trí Nitơ N cuối cùng của một phân tử liền kề. Các liên kết