Tài liệu Nghiên cứu ly trích gelatin từ vảy cá lóc và cá rô đồng

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