Tổng quan tài liệu về gelatin và ứng dụng của nó trong công nghệ thực phẩm 3

ĐẶT VẤN ĐÊ

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 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 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 cho gia súc.Ngoài ra, nghành giết mỗ và chế biến gia súc, gia

cầm ở Việt Nam cũng đã thải ra một lượng phế phẩm khá lớn mà trong đó cũng chủ

yếu là da và xương. Nếu như phế phẩm của các nghành công nghiệp này chỉ được

chế biên thành bột thức ăn gia súc hay các dạng sản phẩm thô, giá trị thấp khác thì

hiệu quả kinh tế mang lại không cao hoặc nếu như loại bỏ hẳn thì phải tốn thêm chi

phí cho 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 y học

và gần đây được ứng dụng khá nhiều trong công nghệ thực phẩm.

Trong công nghiệp thực phẩm, gelatin là một trong những loại keo ưa nước

hoặc hợp chất cao phân tử tan được trong nước có thể sử dụng như tác nhân tạo gel,

tạo độ đặc hoặc tác nhân ổn định cấu trúc. Gelatin khác với các loại keo khác ở chỗ

trong khi hầu hết các loại keo khác là polysaccharide (như carrageenan, pectin,

agar,…) thì gelatin lại là một loại protein chứa tất cả các acid amin thiết yếu ngoại

trừ tryptophane. Hiện nay, lượng gelatin được sản xuất hàng năm trên thế giới ước

tính khoảng 2000 tấn và lượng gelatin sử dụng trong thực phẩm mỗi năm tăng

khoảng 3%, chủ yếu trong sản xuất bánh kẹo và thực phẩm năng lượng thấp.

Đồ án công nghệ với đề tài “ Tổng quan tài liệu về gelatin và ứng dụng của

nó trong công nghệ thực phẩm” sẽ cung cấp một cái nhìn cụ thể hơn về tính chất và

ứng dụng của loại protein này.

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VÊ GELATIN

Giới thiệu về collagen- nguồn nguyên liệu sản xuất gelatin

1.1.1. Định nghĩa và chức năng collagen

Colagen và elastine là 2 protein chiếm trên 50% protein có trong xương, da,

gân, sụn và hệ thống tim mạch. Nó là protein hình sợi đàn hồi được. Do đó bảo vệ

cơ chống lại sự kéo căng. Tropocolagen là đơn vị cơ sở của collagen có hình trụ

( dài gần 30nm, đường kính 1,5 nm) do 3 chuỗi polypeptide cuốn lại thành xoắn ốc

kép với bước là 0,9nm. Trong mỗi chuỗi polypeptide có các đoạn cấu trúc (Gly-X￾Y)n lặp lại nhiều lần. Trong đó n bằng 5 hoặc bằng 6,X : proteinoline/

hidroproteinoline; Y: alanine/hidroproteinoline.

Xen giữa các đoạn cấu trúc này là các vùng có cực. Các gốc glycin ( chiếm

33% tổng lượng acid amin ) thường nằm trong xoắn ốc kép 3,còn các acid amin thì

nằm ngoài xoắn ốc này. Do đó có thể tương tác giữa các phân tử collagen đàn hồi

được là do các cầu đồng hóa trị giữa nhóm ɛ- NH2 của gốc hydrolysine và chức

andehyt của lysine hoặc gốc hydroxyllysine nằm ở phần không xoắn ốc.

Ở động vật non các cầu đồng hóa trị nối các phân tử tropocolagen với nhau

tương đối không bền nên dễ dàng bị phá hủy bởi pH, nhiệt độ và tác nhân biên tính.

Ngược lại ở động vật già các cầu này thường thay thế bởi các cầu khác bền hơn nên

làm tăng độ cứng của thịt.

Trong quá trình chin của thịt,collagen chỉ bị biến đổi chút ít. Trong quá trình

xử lý nhiệt độ trong môi trường ẩm, các sợi collagen co lại sau đó bị gelatin hóa khi

ở nhiệt độ cao.Trên 800C collagen bị hòa tan hay bị getin hóa do các sợi bị phân ly

và xoắn ốc kép 3 bị duỗi ra, phân tử bị thủy phân từng phần

Ở trạng thái tự nhiên, collagen bị peptine và colagenase thủy phân sau khi

biến tính mới bị tripsine, chimotripsine, cacbonxypeptydase thủy phân .

Trong quá trình gia nhiệt độ tới 500C, phân tử bị co ngắn 1/3 .Khi đến 610C,

gần ½ số sợi collagen bị co. Khi nhiệt độ lên đến 1000C, collagen bị thủy phân và

tạo ra gelatin.

Ngoài chức năng tự nhiên của nó trong cơ thể, collagen có cũng được sử

dụng trong các ứng dụng kỹ thuật và y tế như là một mô hình sinh lý bề mặt cho

nuôi cấy tế bào, cấy ghép sinh học và chỉ đạo sự phát triển của tế bào.

1.1.2. Cấu tạo hóa học và hình dáng phân tử collagen

Collagen cấu thành nên khoảng 30% protein người, một tỉ lệ tương tự được

tìm thấy ở các loài động vật khác. Phân tử collagen có cấu tạo xoắn ốc bậc ba, là sự

lặp lại của chuỗi (Gly – X – Y), có các thành phần sau:

 Glycine (Gly) chiếm số lượng lớn, khoảng 33%.

 Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) cũng có một tỉ lệ khá lớn, khoảng

22%.

 Hydroxylysine (Hyl) chiếm khoảng 1%.

Đơn vị cơ bản của collagen là tropocollagen, gồm 3 chuỗi α liên kết nhau tạo

thành những sợi nhỏ.

Tropocollagen

Hình 1. Cấu tạo phân tử tropocollagen

Các phân tử tropocollagen sẽ liên kết ngang với nhau theo kiểu cộng hóa trị.

Loại liên kết này không thông dụng, thường chỉ có ở collagen hay các chất dẻo.

Hình 2. Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen

Nhờ các liên kết ngang này, các phân tử tropocollagen hình thành nên sợi

collagen. Các sợi collagen rất dài và mảnh, chúng sắp xếp tạo ra mạng collagen.

Hình 3. Cấu tạo phân tử collagen

Sự sắp xếp khác nhau của các chuỗi α đã hình thành nên cấu trúc xoắn bậc ba

phức tạp khác nhau của các loại collagen.