ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA GELATIN TỪ DA CÁ TRA SVTH : TRẦN LƯỠNG ĐẠI MSSV : 60300560 GVHD : TS. TRẦN BÍCH LAM BỘ MÔN : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH, 1/ 2008 i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn cô Trần Bích Lam đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cho em thực hiện tốt luận văn này. Kế đến, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tập thể quý thầy cô bộ môn Công nghệ Thực phẩm - những người đã dẫn dắt, chỉ dạy và cung cấp những kiến thức cơ bản về chuyên ngành, cũng như những kiến thức xã hội cần thiết trong suốt 5 năm học. Đó chính là nền tảng giúp em hoàn thành tốt luận văn của mình và là hành trang cho em vững tin bước vào cuộc sống. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè, những người đã quan tâm, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tháng 1/2008, Tp. Hồ Chí Minh Sinh viên thực hiện Trần Lưỡng Đại iii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Tóm tắt luận văn ii Mục lục iii Danh mục các bảng iv Danh mục các hình .v Lời mở đầu vi Chương 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Giới thiệu về collagen 2 1.2. Định nghĩa gelatin 5 1.3. Cấu tạo của gelatin 5 1.3.1. Thành phần hoá học .5 1.3.2. Cấu trúc phân tử .6 1.3.3. Phân tử lượng .8 1.4. Tính chất của gelatin .11 1.4.1. Tính chất hoá lý 11 1.4.1.1 Điểm đẳng điện 11 1.4.1.2 Độ nhớt 12 1.4.1.3 Nội ứng suất 13 1.4.1.4 Tính chất phục hồi 15 1.4.2. Tính năng tạo gel 16 1.4.2.1 Sự tạo gel 16 1.4.2.2 Phương pháp đánh giá tính năng tạo gel 15 1.4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel 16 1.4.2.3.1 Gelatin tan trong nước 16 1.4.2.3.2 Gelatin trong dung dịch 21 1.4.3. Quá trình hoà tan và tính lưu biến học của dung dịch gelatin 23 1.4.3.1 Quá trình hoà tan gelatin 23 1.4.3.1.1 Các bước của quá trình hoà tan gelatin 23 1.4.3.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hoà tan bột gelatin 23 1.4.3.1.3 So sánh quá trình hoà tan truyền thống và hiện đại 25 1.4.3.1.4 Độ nhớt dung dịch 26 1.4.3.1.5 Thời gian và nhiệt độ cần thiết để định hình dung dịch 27 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất gelatin 28 1.5.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc phân tử gelatin 28 1.5.1.1 Anh hưởng điều kiện sản xuất đến cấu trúc gelatin 28 iii 1.5.1.2 Mối quan hệ giữa tính chất cơ lý và cấu trúc không gian của phân tử gelatin 29 1.5.1.3 Anh hưởng của nước đến cấu trúc và tính chất cơ học của gelatin 30 1.5.1.4 Anh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi cấu trúc và tính chất của gelatin 31 1.5.2. Anh hưởng đến tính chất gelatin 35 1.5.2.1 Anh hưởng đến tính chất hoá lý 35 1.5.2.2 Anh hưởng đến tính chất cơ lý 35 1.6. Gelatin da cá 37 1.6.1. Ứng dụng trong thực phẩm 38 1.6.1.1 Ứng dụng trong công nghệ sản xuất bánh kẹo 38 1.6.1.2 Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa 40 1.6.2. Ứng dụng trong dược phẩm 43 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 2.1. Nguyên liệu 45 2.2. Thiết bị sử dụng trong phòng thí nghiệm 46 2.3. Phương pháp nghiên cứu 47 2.3.1. Các bước nghiên cứu 47 2.3.2. Thuyết minh 47 2.4. Phương pháp phân tích 50 2.4.1. Phương pháp xác định hàm lượng ẩm 50 2.4.2. Phương pháp xác định hàm lượng tro tổng 50 2.4.3. Phương pháp xác định hàm lượng acid amin 52 2.4.4. Phương pháp xác định hàm lượng kim loại 55 2.4.5. Phương pháp xác định phân tử lượng 56 2.4.6. Phương pháp xác định pH 58 2.4.7. Phương pháp xác định độ nhớt 59 2.4.8. Phương pháp xác định độ đục 60 2.4.9. Phương pháp xác định điểm đẳng điện pI 60 2.4.10. Phương pháp xác định điểm tan chảy, điểm tạo gel 61 2.4.11. Phương pháp xác định khả năng tạo gel 61 2.4.12. Phương pháp xác định ảnh hưởng nồng độ đến tính chất gelatin 62 2.4.12.1 Anh hưởng nồng độ đến độ nhớt 62 2.4.12.2 Anh hưởng nồng độ đến độ bền gel 62 iii 2.4.13. Phương pháp xác định ảnh hưởng pH đến tính chất gelatin 63 2.4.14. Phương pháp xác định thời gian gel trưởng thành theo thời gian 63 2.4.15. Phương pháp xác định độ bền bọt 64 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 65 3.1. Xác định thành phần hoá học của chế phẩm gelatin TN 66 3.1.1. Thông số ẩm 66 3.1.2. Thông số tro 67 3.1.3. Thành phần acid amin 68 3.1.4. Thành phần kim loại 71 3.2. Phân tử lượng 71 3.3. Xác định các tính chất hoá lý cơ bản của gelatin 72 3.3.1. Nhiệt độ tan chảy, nhiệt độ tạo gel 73 3.3.2. Độ nhớt 74 3.3.3. Độ đục 75 3.3.4. Khả năng tạo gel 76 3.3.5. pH 78 3.3.6. Điểm đẳng điện pI 78 3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của dung dịch gelatin 79 3.4.1. Anh hưởng của nồng độ đến độ nhớt 79 3.4.2. Anh hưởng của nồng độ đến pH 82 3.4.3. Anh hưởng của nồng độ đến độ bền gel 86 3.4.4. Anh hưởng của dung dịch đệm đến độ nhớt 87 3.4.5. pH của dung dịch gelatin trong dung dịch đệm 91 3.4.6. Anh hưởng pH dung dịch đệm đến độ bền gel 95 3.4.7 Anh hưởng thời gian gel trưởng thành đến độ bền gel 97 3.4.8 Khả năng tạo bọt 100 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 101 Phụ lục 1: SỐ LIỆU KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 103 Phụ lục 2: CÁC TIÊU CHUẨN CỦA GELATIN THƯƠNG MẠI 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần chuỗi α của các loại collagen dùng để sản xuất gelatin 4 Bảng 1.2: Sự phân bố acid amin của 3 chuỗi α trong collagen loại I và III 4 Bảng 1.3: Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin 9 Bảng 1.4: Tỉ lệ các phân đoạn phân tử trong gelatin chất lượng cao (Bloom 250g)…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………….10 Bảng 1.5: Anh hướng của cấu trúc Gelatin đến tính chất cơ lý của Gelatin dạng mỏng…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………….27 Bảng 1.6: Anh hưởng hàm lượng fomanmide đến khả năng chịu tải của gel 28 Bảng 1.6: Hàm lượng nước chưhá trong gelatin 29 Bảng 1.8: Thành phần acid amin của một số loại gelatin da cá và gelatin da thú 34 Bảng 1.9: Bảng ứng dụng của gelatin trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo 37 Bảng 1.10: Loại và lượng gelatin sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa 39 Bảng 2.1: Đặc điểm chất lượng sản phẩm gelatin của công ty Merck- Đức 42 Bảng 2.2: Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm của công ty Rousselot – Pháp 43 Bảng 2.3: Bước sóng đo quang phổ phát xạ ứng với từng kim loại 51 Bảng 3.1: Giá trị độ ẩm của các mẫu thí nghiệm 67 Bảng 3.2: Giá trị hàm lượng tro đo được của các mẫu 68 Bảng 3.3: Giá trị hàm lượng acid amin trong mẫu TN 69 Bảng 3.4: So sánh các thành phần acid amin của các loại gelatin khác nhau 71 Bảng 3.5: Hàm lượng kim loại của gelatin 71 Bảng 3.6: So sánh hàm lượng kim loại giữa các loại gelatin 71 Bảng 3.7: Giá trị độ nhớt mẫu thí nghiệm và mẫu đối chứng đã biết phân tử lượng. 72 Bảng 3.8: So sánh phân tử lượng của các loại gelatin khác nhau 73 Bảng 3.9: Nhiệt độ tan chảy và nhiệt độ tạo gel của các mẫu gelatin 74 Bảng 3.10: So sánh nhiệt độ tan chảy và nhiệt độ tạo gel của các mẫu gelatin da cá 74 Bảng 3.11: So sánh tổng hàm lượng Proline và 4-Hydroxyproline giữa các loại gelatin da cá……………………………………………………………………………………… ………………………………………………75 Bảng 3.12: Giá trị độ nhớt của nguyên liệu tại nồng độ 6,67% 75 Bảng 3.13: Anh hưởng nồng độ đến độ hấp thu của các mẫu 76 Bảng 3.14: Độ bền gel ở nồng độ 6,67% của các mẫu 77 Bảng 3.15: Giá trị pH ở nồng độ 6,67% 78 Bảng 3.16: Anh hưởng pH đến độ nhớt mẫu TN 80 Bảng 3.17: So sánh điểm đẳng điện của các loại gelatin da cá khác nhau 81 Bảng 3.18: Giá trị đo được trước và sau thời gian trưởng thành của các mẫu 82 Bảng 3.19: Giá trị độ nhớt đo được trước và sau thời trưởng thành 83 Bảng 3.20: Gía trị pH đo được của các mẫu trước và sau thời gian trưởng thành 86 Bảng 3.21: Giá trị pH đo được ở các nồng độ khác nhau trước và sau thời gian trưởng thành 86 Bảng 3.22: Giá trị độ bền gel theo nồng độ 88 Bảng 3.23: Giá trị thời gian đo được trước và sau thời gian trưởng thành 89 Bảng 3.24: Giá tri độ nhớt đo được trước và sau thời gian trưởng thành 91 Bảng 3.25: Kết quả pH các mẫu trước và sau thời gian trưởng thành 94 Bảng 3.26: Giá trị pH đo được tương ứng với pH dung dịch đệm 98 Bảng 3.27: Giá trị độ bền bền gel đo được ảnh hưởng bởi pH 99 Bảng 3.28: Giá trị lực đâm xuyên của các mẫu 101 Bảng 3.29: Giá trị khả năng tạo bọt và độ bền bọt theo thời gian 102 Bảng 4.1: Chất lượng dung dịch gelatin cá da trơn nồng độ 6,67%. 103 Bảng PL2.1: Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong thực phẩm 132 Bảng PL2.2: Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong dược phẩm 132 Bảng PL2.3: Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong công nghiệp 133 Bảng PL2.4: Tiêu chuẩn của gelatin sản xuất theo phương pháp acid 134 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Tropocollagen 2 Hình 1.2: Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen 3 Hình 1.3: Cấu tạo phân tử collagen 3 Hình 1.4: Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin 6 Hình 1.5: Chuỗi phân tử gelatin. 6 Hình 1.6: Cấu trúc bậc I của gelatin 7 Hình 1.7: Cấu trúc bậc II của gelatin 7 Hình 1.8: Cấu trúc bậc III của gelatin 7 Hình 1.9: Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin 250 loại B 9 Hình 1.10: Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin 250, loại A bằng điện di gel 9 Hình 1.11: Biểu đồ nội ứng suất phụ thuộc vào nhiệt độ của màng gelatin trong không khí khô (1) và trong điều kiện khô hoàn toàn (2) 12 Hình 1.12: Biểu đồ ưng suất phục hồi của Gelatin trong không khí khô và khô hoàn toàn ở: 20(1); 30(2); 50(3); 70(4); 100(5); 150(6); 180(7); 200(8) và 220 ° C. (a’) phóng đại đường cong 7; (c) Sự phụ thuộc ứng suất phục hồi vào nhiệt độ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………13 Hình 1.13: Anh hưởng của nồng độ và pH lên độ nhớt của dung dịch gelatin 16 Hình 1.14: Anh hưởng của pH lên khả năng khuếch tán nước vào dung dịch gelatin 18 Hình 1.15: Anh hưởng của nhiệt độ lên khả năng khuếch tán nước vào dung dịch gelatin 18 Hình 1.16: Độ bền gel của các loại gelatin từ da heo, da cá Atlantic salmon và Atlantic cod ở nhiệt độ ổn định là 10 0 C 20 Hình 1.17: Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ và loại gelatin 20 Hình 1.18: Anh hưởng của pH và nồng độ gellan lên modul tàng trữ gel 21 Hình 1.19: Anh hưởng của pH và nồng độ guar lên modul tàng trữ gel 21 Hình 1.20: Đường cong hòa tan của các dạng hạt gelatin cùng kích thước nhưng khác độ Bloom. 23 Hình 1.21: Khả năng trương nở của bôt gelatin phụ thuộc vào kích thước ở 18 o C. 23 Hình 1.22: Độ nhớt của dịch tạo khuôn trong gummy trái cây khi làm nguội phụ thuộc vào hàm lượng nước. 26 [...]... dụng của nó Xuất phát từ yêu cầu đó chúng tôi tiến hành đề tài: “ Nghiên cứu tính chất của gelatin từ da cá tra Mục tiêu của đề tài nhằm đánh giá tính chất và tính năng công nghệ của sản phẩm gelatin từ da cá từ đó xác định khả năng ứng dụng trong thực tế Nội dung nghiên cứu gồm: - Phân tích các thành phần hoá học ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm - Xác định các tính chất hoá lý, tính năng công nghệ. .. TỔNG QUAN VỀ GELATIN Sự phức tạp trong cấu trúc hóa học của gelatin đã ảnh hưởng lớn đến các tính chất của gelatin Vì vậy để tìm hiểu, giải thích rõ ràng và đầy đủ các tính chất của gelatin cần phải nghiên cứu kĩ cấu trúc của gelatin 1.4 Tính chất của Gelatin [2, 3, 4, 7, 9, 13, 14, 15, 16, 19] Gelatin là chất rắn dạng miếng, vảy, bột hoặc hạt, không mùi, không vị, trong suốt, có màu từ vàng nhạt đến... 300 tấn nguyên liệu/ngày, Công ty TNHH Nam Việt đạt 500 tấn/ngày, nhà máy Thuỷ sản Cần Thơ là 500 tấn/ngày,… Đây là điều kiện hết sức thuận lợi cho việc tập trung phụ phẩm da cá để sản xuất gelatin công nghiệp Một số nghiên cứu ở các nước cho thấy gelatin từ da cá có thể có tính chất tạo gel không hoàn toàn giống với gelatin da thú Vì vậy việc nghiên cứu tính chất của sản phẩm này là hết sức cần thiết... phẩm, dược phẩm, phim ảnh, nghiên cứu vi sinh, … Trong công nghiệp thực phẩm gelatin đang ngày càng chiếm thị phần lớn trong số các chất tạo gel Sản lượng gelatin trên thế giới ngày càng tăng Mặc dù có rất nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, công nghiệp dược phẩm và một số ngành công nghiệp khác nhưng gelatin sản xuất từ da heo không được chấp nhận ở các nước Hồi giáo, trong khi đó ở các nước An... là rất lớn Trong các quy trình công nghệ chế biến cá da trơn, tỷ lệ thịt fillet thương phẩm của cá Basa chỉ chiếm 35%, còn lại 65% là phụ phẩm Tương tự với cá Tra, thịt fillet là 39,31%, còn lại 60,69% là phụ phẩm, trong đó nguyên liệu dùng để sản xuất gelatin là da cá chiếm khoảng 5 – 6% Nếu so với sản lượng cá một triệu tấn/năm mà ngành thuỷ sản Việt Nam đang đạt đến thì lượng phụ phẩm hàng năm thải... là sản phẩm của quá trình thuỷ phân khi sản xuất gelatin; và một vài protein cao phân tử, có thể đã không bị loại bỏ trong khi xử lí nhiệt -9- Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GELATIN Những nghiên cứu về thành phần và số lượng các phân đoạn phân tử chính trong gelatin sẽ giúp tìm hiểu các tính chất vật lí của gelatin được rõ hơn Bảng 1.3 Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin [4] Phân đoạn phân tử Các đặc... ether và các dung môi hữu cơ khác Các muối phosphat, citrat, sulfat ở nồng độ thấp cũng làm gelatin trong dung dịch nồng độ cao kết tủa Gelatin được coi là một thực phẩm Gelatin còn là phụ gia thực phẩm không có giới hạn sử dụng 1.4.1 Tính chất hoá lý 1.4.1.1 Điểm đẳng điện Điểm đẳng điện (pI) của hệ khuếch tán được định nghĩa là giá trị pH của môi trường mà tại đó các phần tử trung hoà điện và các hạt... thì gelatin sản xuất từ bò chỉ được chấp nhận khi đã được làm theo những đòi hỏi của tôn giáo Vì những lí do tôn giáo như vậy nên ở một số nơi trên thế giới không chấp nhận gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú dù có chất lượng tốt và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Vì vậy trên thế giới ngày càng có nhiều nghiên cứu sản xuất gelatin từ các nguyên liệu khác Tiềm năng nguyên liệu sản xuất gelatin từ da cá. .. lí bazơ + 2: Da sống được xử lí bazơ + 3: Da heo được xử lí acid Các loại gelatin có nguồn gốc khác nhau sẽ có nhiều khác biệt trong phân bố khối lượng phân tử Gelatin từ ossein được xử lí bazơ có nhiều A – peptide nhưng tỉ lệ của tổng các chuỗi peptide lại thấp Trong khi đó, gelatin từ da sống và da heo có độ nhớt thấp nên có số lượng lớn các chuỗi peptide và có khuynh hướng làm giảm các thành phần... sản xuất gelatin thương mại Bảng 1.1 Thành phần chuỗi α của các loại collagen dùng để sản xuất gelatin [29] L Thành phần chuỗi phân tử I {2[ α 1(I)], [ α 2(I)]} Da, xương, sụn… I 3[ α 1(III)] Da (không có trong xương) oại II Phân bố Mặc dù các chuỗi α hoàn toàn giống nhau về các tính chất vật lí nhưng sự khác nhau về thành phần hoá học có thể làm thay đổi đặc tính của gelatin Vì thế, sự phân bố của thành