Đang tải... (xem toàn văn)
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. Các nhà khoa học thường ví collagen giống như một chất keo dính các bộ phận trong cơ thể người lại thành một khối hoàn chỉnh, nếu không có chúng cơ thể người sẽ chỉ là các phần rời rạc . Collagen có thể được thu nhận thông qua ăn uống thực phẩm. Tuy nhiên, hiện nay nguồn thực phẩm cung cấp collagen cho cơ thể con người hầu như rất ít, trong khi các triệu chứng thiếu Collagen của cơ thể con người đang ngày càng nhiều, biểu hiện rõ rệt như không thể tái tạo xương, thiếu tế bào sụn, viêm khớp xương, hay các bệnh về đĩa đệm cột sống…. Collagen có thể tách chiết từ rất nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như da, gân, xương, sụn của các loại động vật, hay có thế tách chiết collagen từ vẩy, bong bóng cá. Ở Việt Nam, lượng phế liệu da cá từ các nhà máy chế biến cá Tra, cá Basa, cá Bớp… là rất lớn. Hiện nay hầu hết các doanh nghiệp chế biến cá Tra, cá Basa đều chưa tìm được hướng giải quyết lượng lớn phế liệu này mà mới chỉ dừng lại ở việc xuất khẩu da dưới dạng nguyên liệu thô (da cá trabasa đông lạnh) cho các công ty nước ngoài chế biến tiếp. Do vậy giá trị xuất khẩu không cao. Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất Collagen từ da cá Tra” góp phần tìm ra giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phế liệu da cá Tra nhờ tạo ra sản phẩm collagen có giá trị cao hơn hẳn da cá Tra thô đông lạnh là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đáp ứng được sự mong đợi của các doanh nghiệp và các nhà quản lý kinh tế. Mục tiêu của đề tài là bước đầu đề xuất được quy trình sản xuất Collagen từ da cá Tra bằng phương pháp hóa học. Nội dung của đề tài bao gồm: Khảo sát thành phần hóa học cơ bản của da cá Tra Xác định chế độ xử lý kiềm thích hợp cho da cá Tra Xác định chế độ chiết kết tủa Collagen từ da cá Tra đã xử lý kiềm Bước đầu đề xuất quy trình sản xuất Collagen từ da cá Tra.
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các s ố liệu trình bày trong luận văn hoàn toàn là kết quả thực nghiệm của cá nhân và cùng v ới đơn vị phối hợp kiểm nghiệm mẫu là Viện nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường- trường Đại học Nha Trang. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có bất kỳ sự gian dối nào. H ọc viên thực hiện Trần Thị Huyền ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Nha Trang, Phòng đào tạo Đại học và Sau Đại học, Phòng Khoa học Công nghệ và Hợp tác quốc tế, Khoa Chế biến và Viện nghiên cứu Công nghệ sinh học và Môi trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi v à hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên c ứu. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin đặc biệt cảm ơn TS. Nguyễn Anh Tuấn- người đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện tốt và động viên tinh th ần cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài. Tôi xin chân thành c ảm ơn các cán bộ, giáo viên Bộ môn Công nghệ chế biến, gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã ủng hộ, giúp đỡ và luôn chia sẻ cùng tôi trong quá trình h ọc tập và thực hiện đề tài. Xin trân tr ọng cảm ơn! Học viên thực hiện Trần Thị Huyền iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tình hình sản xuất và tiêu thụ cá Tra đến ngày 22/03/2009. 8 B ảng 1.2: Một số loài trong giống cá tra (Pagasius) ở Việt Nam ( Mai Đình Yến và các ctv, 1992) 11 B ảng 1.3: Tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra. 15 B ảng 1.4: Thành phần hóa học cơ bản của cá Tra. 15 B ảng 1.5: Dạng cấu trúc phân tử của một số loại collagen. 19 B ảng 1.6: Các ứng dụng y học của Collagen 26 B ảng 3.1: Thành phần hóa học cơ bản của da cá Tra 45 B ảng 3.2: Kết quả thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm công đoạn xử lý NaOH 49 B ảng 3.3: Kết quả tối ưu hiệu suất khử lipit trong công đoạn xử lý NaOH 50 B ảng 3.4: Kết quả tối ưu hiệu suất thu gelatin trong công đoạn xử lý NaOH 52 B ảng 3.5: Kết quả tối ưu độ nhớt của gelatin trong công đoạn xử lý NaOH 54 B ảng 3.6 : Kết quả thí nghiệm xác định chế độ xử lý NaOH tối ưu 55 B ảng 3.7: Kết quả thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm công đoạn chiết – kết tủa Collagen 61 B ảng 3.8: Kết quả tối ưu hiệu suất thu Collagen trong công đoạn chiết- kết tủa 63 B ảng 3.8: Kết quả tối ưu độ nhớt của Collagen trong công đoạn chiết- kết tủa. 65 B ảng 3.9: Kết quả thí nghiệm xác định chế độ chiết- kết tủa Collagen tối ưu 66 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Hình 1.1: Hình ảnh trạng thái bên ngoài của cá Tra 10 Hình 1.2 : C ấu trúc của collagen 18 Hình 2.1: Nguyên liệu da cá Tra 34 Hình 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ kiềm NaOH đến hiệu quả xử lý da cá Tra. 46 Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian ngâm da cá trong kiềm NaOH đến hiệu quả xử lý da cá Tra 48 Hình 3.3 : Hi ệu suất khử lipit khi xử lý da cá Tra bằng NaOH 51 Hình 3.4 : Hi ệu suất thu gelatin từ da cá Tra sau khi xử lý NaOH 52 Hình 3.5 : Độ nhớt của gelatin từ da cá Tra sau khi xử lý NaOH 54 Hình 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic đến hiệu quả chiết Collagen 57 Hình 3.7: Ảnh hưởng của thời gian ngâm da cá trong dung dịch acid acetic đến hiệu quả chiết collagen 58 Hình 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến hiệu suất kết tủa Collagen 59 Hình 3.9: Ảnh hưởng của thời gian kết tủa bằng muối NaCl đến hiệu suất kết tủa collagen 60 Hình 3.10: Hi ệu suất thu Collagen trong công đoạn chiết- kết tủa 63 Hình 3.11: Độ nhớt của Collagen thu được trong công đoạn chiết- kết tủa 65 Sơ đồ 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất Collagen 67 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ĐBSCL: đồng bằng sông Cửu Long CBTS: chế biến thủy sản NN-PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn TS: tiến sĩ BS: bác sĩ E: Euro 1 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6 1.1 . TỔNG QUAN VỀ CÁ TRA VÀ DA CÁ TRA 6 1.1.1 Nguồn lợi cá Tra 6 1.1.2 Sản lượng nuôi và thị trường xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam 7 1.1.3 Khái quát chung về cá Tra 10 1.2 . TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN 16 1.2.1.Khái niệm 16 1.2.2.Phân loại 17 1.2.3.Cấu tạo và cấu trúc 17 1.2.4.Các tính chất của Collagen 20 1.2.5.Ứng dụng của collagen 22 1.2.6.Các nghiên cứu trong và ngoài nước 26 1.3 . PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA ĐỂ TINH SẠCH COLLAGEN 28 3.1.1 Tủa bằng muối 29 3.1.2 Tủa bằng các dung môi hữu cơ 30 3.1.3 Tủa bằng phương pháp điểm đẳng điện 31 3.1.4 Tủa bằng các non – ionic polymer 31 3.1.5 Tủa bằng ion kim loại 32 CHƯƠNG 2:ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1.ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 34 2.1.1.Da cá Tra 34 2.1.2.Hóa chất 34 2.2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2 2.2.1.Phương pháp thu và xử lý mẫu 35 2.2.2.Phương pháp phân tích 36 2.2.3.Phương pháp xử lý số liệu 36 2.2.4.Phương pháp tối ưu hóa các thông số kỹ thuật 36 2.2.5.Thiết bị sử dụng để thực hiện thí nghiệm 37 2.3.SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 37 2.3.1.Sơ đồ quy trình nghiên cứu 37 2.3.2.Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ xử lý kiềm NaOH cho da cá Tra 2.3.3.Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ chiết- kết tủa Collagen từ da cá Tra sau khi xử lý 42 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 45 3.1.KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA DA CÁ TRA 45 3.2. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ XỬ LÝ KIỀM NaOH CHO DA CÁ TRA 45 3.2.1. Kết quả thí nghiệm thăm dò chế độ xử lý kiềm NaOH cho da cá Tra 45 3.2.1.1. Kết quả thăm dò điều kiện biên của nồng độ kiềm NaOH để xử lý da cá Tra 45 3.2.1.2. K ết quả thăm dò thời gian ngâm da cá trong kiềm NaOH 48 3.2.2. K ết quả tối ưu chế độ xử lý kiềm NaOH cho da cá Tra 49 3.3. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CHIẾT- KẾT TỦA COLLAGEN TỪ DA CÁ TRA SAU KHI XỬ LÝ 56 3.3.1. Kết quả thăm dò chế độ chiết- kết tủa Collagen từ da cá Tra đã xử lý 56 3.3.1.1. Kết quả thăm dò nồng độ axit acetic CH 3 COOH để hòa tan Collagen da cá Tra 56 3.3.1.2. K ết quả thăm dò thời gian hòa tan collagen da cá Tra trong axit acetic CH 3 COOH 58 3.3.1.3. K ết quả thăm dò nồng độ muối để kết tủa collagen da cá Tra 59 3 3.3.1.4. Kết quả thăm dò thời gian kết tủa collagen da cá Tra 60 3.3.2. K ết quả tối ưu chế độ chiết – kết tủa collagen từ da cá đã xử lý 61 4.4 . BƯỚC ĐẦU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT COLLAGEN TỪ DA CÁ TRA 66 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 69 II. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN: 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PH Ụ LỤC 4 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 l à kết nối các mô trong cơ thể lại với nhau. Các nhà khoa học thường ví collagen giống như một chất keo dính các bộ phận trong cơ thể người lại thành một khối hoàn chỉnh, nếu không có chúng cơ thể người sẽ chỉ là các phần rời rạc [79]. Collagen có thể được thu nhận thông qua ăn uống thực phẩm. Tuy nhi ên, hiện nay nguồn thực phẩm cung cấp collagen cho cơ thể con người hầu như rất ít, trong khi các triệu chứng thiếu Collagen của cơ thể con người đang ng ày càng nhiều, biểu hiện rõ rệt như không thể tái tạo xương, thiếu tế bào sụn, viêm khớp xương, hay các bệnh về đĩa đệm cột sống….[28] Bên cạnh đó, người ta đã khám phá ra rất nhiều ứng dụng hiệu quả của Collagen trong ngành y dược và mỹ phẩm. 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 ch ết của các vết bỏng, hay nó cũng được sử dụng cho các mục đích điều trị về răng, điều trị sau phẫu thuật chấn thương, chỉnh hình. Trong ngành mỹ phẩm, người ta sản xuất các sản phẩm Collagen như một thứ vũ khí chống lão hóa và tái tạo da r ất hiệu quả. [79] [75] [40] Collagen có thể tách chiết từ rất nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như da, gân, xương, sụn của các loại động vật, hay có thế tách chiết collagen từ vẩy, bong bóng cá. Ở Việt Nam, lượng phế liệu da cá từ các nhà máy chế biến cá Tra, cá Basa, cá Bớp… là rất lớn. Hiện nay hầu hết các doanh nghiệp chế biến cá Tra, cá Basa đều chưa tìm được hướng giải quyết lượng lớn phế liệu này mà mới chỉ dừng lại ở việc xuất khẩu da dưới dạng nguyên liệu thô (da cá tra-basa đông lạnh) cho các công ty n ước ngoài chế biến tiếp. Do vậy giá trị xuất khẩu không cao. [79] Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất Collagen từ da cá Tra” góp phần tìm ra giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phế liệu da cá Tra nhờ tạo ra sản phẩm collagen có giá trị cao hơn hẳn da cá Tra thô đông lạnh là cấp thiết, có ý 5 nghĩa khoa học và thực tiễn, đáp ứng được sự mong đợi của các doanh nghiệp và các nhà qu ản lý kinh tế. Mục tiêu của đề tài là bước đầu đề xuất được quy trình sản xuất Collagen từ da cá Tra bằng phương pháp hóa học. 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 sản phẩm mới từ da cá Tra, làm nền cho các nghiên cứu tiếp theo về sả n xuất và nghiên cứu ứng dụng Collagen. 4. Ý ngh ĩa thực tiễn của đề tài Giúp các doanh nghiệp có khả năng sản xuất ra sản phẩm có giá trị cao hơn từ da cá, góp phần tăng thêm lợi nhuận cho doanh nghiệp thay vì xuất khẩu da thô. 5. N ội dung của đề tài bao gồm: Khảo sát thành phần hóa học cơ bản của da cá Tra Xác định chế độ xử lý kiềm thích hợp cho da cá Tra Xác định chế độ chiết- kết tủa Collagen từ da cá Tra đã xử lý kiềm Bước đầu đề xuất quy trình sản xuất Collagen từ da cá Tra. [...]... 90, sản lượng cá bột vớt hàng năm chỉ đạt 150-200 triệu con (Vương Học Vinh, 1994) Nghiên cứu sinh sản nhân tạo cá Tra được bắt đầu từ năm 1978 Từ năm 1996, trường 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 quy t con giống cho nghề nuôi cá này [65] 1.1.2 Sản. .. 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 [65] Từ nửa đầu thế kỷ 20, nuôi cá trong ao mới bắt đầu xuất hiện ở đồng... sản xuất từ các phụ phẩm thủy sản có nhiệt độ biến tính thấp hơn hẳn so với collagen sản xuất từ động vật trên cạn Ví như, collagen từ da mực có nhiệt độ biến tính 27,1oC trong khi nhiệt độ biến tính của collagen từ gân bò lên đến 36oC Collagen từ phụ phẩm của thủy sản sống ở vùng nước lạnh có nhiệt độ biến tính thấp hơn Cụ thể, collagen từ da cá Minh thái Alaska chỉ là 16,8oC [35] [55] [43] Collagen. .. trường đại học quốc gia, Nhật Bản, đã nghiên cứu và đề xuất các quy trình tách chiết Collagen từ các phế liệu cá như xương, da, vây [54] 27 Năm 2001, Nhóm nghiên cứu Takeshi Nagai, Eiji Yamashita, Kei Taniguchi, Norio Kanamori, và Nobutaka Suzuki đã thực hiện nghiên cứu tách chiết Collagen từ da mực bằng axit acetic kết hợp bổ sung 10% pepsin Kết quả đạt được là sản lượng Collagen thu được là 35% so với... của Collagen sản xuất từ phụ phẩm thủy sản lớn hơn rất nhiều so với Collagen sản xuất từ phụ phẩm của động vật trên cạn Ví dụ, 22 với cùng một phương pháp đo, Collagen từ da mực có khả năng giữ nước lên đến 997% trong khi collagen của gân bò chỉ là 510% [35] 5 Tính kháng nguyên Tính chất này cần được quan tâm khi ứng dụng Collagen trong ngành y học Hầu hết các nghiên cứu chỉ ra rằng tất cả các loại Collagen. .. Siluriformes Họ cá Tra Pangasiidae Giống cá tra dầu Pangasianodon Loài cá tra Pangasianodon hypophthalmus (Sauvage 1878) Bảng 1.2: Một số loài trong giống cá tra (Pagasius) ở Việt Nam ( Mai Đình Yến và các ctv, 1992) Các loài trong giống cá Tra Việt Nam STT Tên khoa học Tên Việt Nam 1 Pagasius hyphothalmus Cá Tra 2 Pagasius bocourti Cá Basa 3 Pagasius macronema Cá Sát Sọc (Tra Nâu) 4 Pagasius larnaudii Cá Vồ... trong giống cá Tra dầu Cá Tra dầu rất ít gặp ở nước ta và còn sống sót rất ít ở Thái lan và Campuchia, đã được xếp vào danh sách cá cần được bảo vệ nghiêm ngặt (sách đỏ) Cá Tra và Basa của ta cũng khác hoàn toàn với loài cá nheo Mỹ (Ictalurus punctatus) thuộc họ Ictaluridae Hình 1.1: Hình ảnh trạng thái bên ngoài của cá Tra 11 1 Phân loại cá tra Cá Tra thuộc lớp cá Lưỡng Tiêm (Pisces) Bộ cá Nheo Siluriformes... nói cách khác nó không phải là protein hoàn hảo Các nhà sản xuất Collagen dựa trên việc bổ sung collagen trong chế độ ăn hàng ngày, họ sản xuất ra các loại sản phẩn Collagen có thể cải thiện tính chất của da và móng tay, móng chân Tuy nhiên, về cơ bản các 23 nghiên cứu khoa học chưa chỉ ra bất kỳ một bằng chứng nào ủng hộ cho các mục đích này [73] Hiệp hội chế biến phụ phẩm giết mổ Hoa kỳ đã sử dụng Collagen. .. ngày các doanh nghiệp chế biến các sản phẩm cá Tra ở Việt Nam tiêu thụ khoảng 4.000 tấn nguyên 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... Kết quả đánh giá sản phẩm cho thấy hiệu suất thu Collagen từ vẩy cá mòi là cao nhất 50,9%, từ vẩy cá tráp Nhật Bản là thấp nhất 37,5% so với trọng lượng nguyên liệu khô Kết quả phân tích mạch cho thấy Collagen từ vẩy cá gồm hai loại mạch là α1 và α2, và nhiệt độ biến tính của collagen từ vẩy cá mòi, cá tráp, cá vược lần lượt là 28,5oC, 28oC, 28oC [53] 28 Năm 2005, công trình nghiên cứu của hai giáo