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) ĐẼ TÀI TỔNG QUAN ỨNG DỤNG COLLAGEN TRONG THựC PHẢM SVTH: NGUYỀN HOÀNG PHONG MSSV: 60701792 Lóp: HC07TP2 Ngành: Công nghệ thực phẩm GVHD: TS. NGUYỀN HOÀNG DŨNG Thành phổ Hồ Chỉ Minh, tháng 5 năm 2011 m 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 dun^ yêu cầu) Tổng quan tài liệu về ứng dụng collagen trong thực phẩm. 3. Nội dung các phần Chương 1 - TONG 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 Collagenbột 2.2 ứng dụng collagen trong chế biến các sản phấm 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 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Đại Học Quốc Gia TP .HCM Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 2 MỤC LỤC 1.3.1 1.3.2 ứng dụng collagen trong ức chế sự oxy hóa chất béo trong sản phẩm thịt TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined. Mục lục Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 3 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.4.17 - Ket quả phân tích màu sắc nguyên liệu và sản phẩm theo hàm lượng DANH MỤC HÌNH Danh mục bảng Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 4 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 . Neu 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 hiê 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 tò 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 . Lời mở đầu Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm X Chương 1 TỎNG QUAN VÈ COLLAGEN 1.1 Giói 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 ữ d ạng cấu trúc 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 thươnp mại đều từ da và xương động vật có vú như trâu, b, heo, , phế thải của ngành chế biến 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 bòđiẽn), 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]. 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 phân tà 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 (ẵ đư ợc phát hiện trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau trong cơ thể sống. Protein có bốn bậc cấu trúc: c ẩ u t r ú c b ậ c m ộ t : 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. C ấ u t r ú c b ậ c h a i : 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 a \ ầ cấu trúc nếp gấp ß, đư ợc cố định bởi các liên kết hyđro giữa những acid amin ở gần nhau. Các protein sợi Tổng quan về collagen Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 6 như keratin, collagen (có trong lông, tóc, móng, sừng) gồm nhiều xoắn a, trong khi các protein c ầu có nhiều nếp gấp ß hơn. C ấ u t r ú c b ậ c b a : Các xoắn a W L phiến gấp nếp ß có thể 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 disulfur (-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. C ấ u t r ú c b ậ c b o n : 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. 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 LOAI PROTEIN CHỨC NĂNG Protein câu trúc Câu trúc, nâng đỡ Protein enzyme Xúc tác sinh học: tăng nhanh, chọn lọc các phản ứng sinh hóa Protein hormone Điêu hòa các hoạt động sinh lý Protein vận chuyên Vận chuyên các chât Protein vận động Tham gia vào chức năng vận động của tê bào và cơ thể Protein thụ quan Cảm nhận, đáp ứng các kích thích của môi trường Protein dự trữ Dự trữ chât 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 đần 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). Tổng quan về collagen Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 7 Mỗi một vòng xoắn có độ dài là 3,3 gốc amino acid, chiều cao là 2,9 A°. Mỗi một chuỗi polypeptide trong collagen được cấu tạo từ các amino acid theo một trật tự, Tổng quan về collagen Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 8 Hình 1.2.1 - Chuỗi xoắn collagen gồm 3 dây xoắn chặt Tổng quan về collagen Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 9 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]. 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 tình 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 the collagen rất chắc, dai, và bền. (a) Cấu trúc khái quát 3 chuỗi xoắn a cùa 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 Jim. 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. Tổng quan về collagen Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 10 Hình 1.2.2 - Từng bậc cấu tạo trong phân tử collagen [8] (a) Chuỗi polypeptide bậc một. (b) Cấu trúc xoắn a bậc hai và bậc ba. (c) Cấu trúc so le bậc bốn a b c d Hình 1.2.3 - Cấu trúc sọi collagen [22] [...]... hydrolysate Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 33 ứng dụng của collagen Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 34 ứng dụng của collagen Trong công nghiệp sản xuất rượu bia và nước hoa quả, collagen hydrolysate sử dụng như chất l m trong sản phẩm Nhờ vậy, sản phẩm khi l m ra có màu sắc trong suốt và óng ánh Hình 1.6.5 - Collagen hydrolysate l m trong các loại thức uống 1.6.2 ứng dụng trong. .. hàm l ợng hydroxyproline, glycine, proline trong collagen Tác giả cho rằng collagen l một chuỗi polipeptide trong đó thành phần chủ yếu bao gồm 3 loại acid amin trên Và hàm l ợng collagen được tính như sau: Hàm IvLỢng collagen (jUg / mg) ^ Hyp + Gỉy + Pr o (jug / mg) Tống quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 0,55 16 Tính chất phương giản hơn định collagen phương Tuy nhiên, pháp đơn cho việc l ợng l ... 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 l i thành các nhóm: collagen dạng sợi (fibril-forming collagen) , collagen tổ hợp sợi (fibrilassociated collagen (FACIT)), collagen transmembrane, collagen trên nen membrane và các loại collagen khác với cấu trúc... bang quang VIII Mạng l ới al[VIII]3 a2[VIII]3 Gân, não, tim, thận al[VIII]2a2[VIII] IX Sun, giác mạc Collagen dạng l[ IX]a2[IX]a3[IX] sợi kết hợp xoắn gián đoạn (FibrilAssociated Collagens with interrupted Triple helices - FACIT) X XI XII XIII Mạng l ới al[32]3 Sơi 1 [XI]a2[XI]a3 [XI] FACIT al[XII]3 Collagen dạng — màng kết hợp xoắn gián đoạn (Membrane Associated Collagens Tống quan ứng dụng collagen trong. .. riêng l n 2, tách CO2 khởi dịch chiết bằng l c ly tâm 11 Liquefaction - thiết bị hóa l ng: vẫn trong trạng thái khí, C02 được l m l nh để hóa l ng) ứng dụng của collagen 1.6ứng dụng của collagen 1.6.1 ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm Tùy theo mức độ thủy phân mà collagen có các ứng dụng khác nhau Collagen hydrolysate (collagen thủy phân ) được sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, và công... của collagen dưới điều kiện khử và không khử đêu như nhau đối với collagen từ da và xương, chứng tỏ trong da và xương đều không có các liên kết disulfur (-SS-) Nhìn chung, cấu trúc collagen loại I chứa ít cystein (0,2%), methionine (1,241,33%) %) (Owusu-Apenten, 2002) Mà đây l hai amino acid chủ yếu tạo nên các cầu nối disulfur nên số l ợng các liên kết disulfur trong collagen loại I l rất ít Tóm l i,... dịch collagen giảm chỉ còn một nửa so với dung dịch collagen ở nhiệt độ phòng l nhiệt độ biến tính của collagen Khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ biến tính thì độ nhớt của collagen giảm nhanh, còn khi nhiệt độ l n hơn nhiệt độ biến tính thì dung dịch collagen có độ nhớt giảm rất chậm và dần đạt ổn định Có thể giải thích sự giảm độ nhớt của collagen khi ta biến tính collagen bằng nhiệt l do sự đứt các liên...Tổng quan về collagen Trong phân tử tất cả các loại collagen, luôn có sự l p l i của cấu trúc X-Y-Gly, trong đó X, Y có thể l bất kỳ acid amin nào Tuy nhiên, ở vị trí của X và Y thường l (2S)-Proline (Pro, 28%) và (2S,4R)-4-Hydroxyproline (Hyp, 38%) Chuỗi Pro-Hyp- Gly l chuỗi thường gặp nhất trong phân tử collagen (10,5%) [27] Bảng 1.2.2 - So sánh thành phần... mặt của collagen hydrolysate cung cấp cho sản phẩm độ dẻo, dai và mềm do chúng ngăn chặn sự kết tinh của đường Các sản phẩm như vỏ kẹo có chứa 0,5-1% hàm l ợng collagen hydrolysate với vai trò l m giảm sự tan chảy Trong công nghiệp sản xuất kẹo mứt, collagen hydrolysate được sử dụng l m chất tạo gel, chất kết dính, tạo xốp, l m chậm quá trình tan kẹo trong miệng Hình 1.6.3 - Collagen hydrolysate l m chất... điện (isoelectric point - pl) l một thông số quan trọng của protein, liên quan nhiều đến tỉ l các gốc amino acid ngoài mạch chính thuộc về nhóm chức acid hay base Thông thường pl của collagen có giá trị khoảng 8,4, cao hơn cả gelatin (khoảng 4,9) và collagen thủy phân (khoảng 4,6) pl của collagen nằm trong vùng pH kiềm vì trong quá trình trích chiết, các gốc acid trong mạch collagen bị trung hòa bởi . 7,40 Hydroxyproline9,80 - - Hydroxylysine0,88 - - Arginin - 3,90 - Tryptophan - - - Tổng quan về collagen Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 11 Thành phần amino acid của collagen từ các nguồn. tự, Tổng quan về collagen Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 8 Hình 1.2.1 - Chuỗi xoắn collagen gồm 3 dây xoắn chặt Tổng quan về collagen Tông quan ứng dụng collagen trong thực phâm 9 thông. quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 3 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.4.17 - Ket quả phân tích màu sắc nguyên liệu và sản phẩm theo hàm lượng DANH MỤC HÌNH Danh mục bảng Tông quan ứng dụng collagen trong