ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tiểu luận môn học CNCB Thịt - Thủy sản SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ GVHD: Th.S Nguyễn Thị Hiền SVTH: MSSV Vũ Tuấn Anh 60500099 Ngô Hoàng Tuấn Hải 60500758 Nguyễn Sông Lam 60501380 Âu Dương Quyên 60502302 Tháng 4/2009 Sản xuất gelatin từ da cá 1 MỤC LỤC 1. GELATIN 3 1.1 Giới thiệu chung 3 1.2 Đònh nghóa 3 1.3 Cấu tạo 4 1.4 Thành phần 5 1.5 Phân loại 7 1.5.1 Phân loại dựa theo nguồn gốc nguyên liệu 7 1.5.2 Phân loại dựa theo phương pháp sản xuất 7 1.5.3 Phân loại dựa theo cấu trúc phân tử 7 1.6 Tính chất 8 1.6.1 Độ nhớt và khả năng tạo gel 8 1.6.2 Khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử 9 1.6.3 Điểm đẳng điện 9 1.6.4 Cơ chế tạo gel 9 1.7 Ứng dụng 10 1.7.1 Trong công nghiệp thực phẩm 10 1.7.2 Trong công nghiệp dược phẩm 10 1.7.3 Trong công nghiệp nhiếp ảnh 11 2. NGUỒN NGUYÊN LIỆU DA CÁ SẢN XUẤT GELATIN 12 2.1 Cá tra 12 2.2 Cấu tạo da cá 13 2.2.1 Các loại protein tạp 13 2.2.2 Các thành phần khác 14 2.3 Collagen 14 2.3.1 Cấu tạo 14 2.3.2 Tính chất của collagen 16 3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT 19 3.1: Sơ đồ khối 19 3.2 Thuyết minh quy trình 20 3.1.1 Khử béo 20 3.1.2 Rửa lần 1 20 3.1.3 Trương nở 20 3.1.4 Rửa lần 2 21 Sản xuất gelatin từ da cá 2 3.1.5 Trích ly 21 3.1.6 Lắng và lọc thô 23 3.1.7 Lọc tinh 23 3.1.8 Trao đổi ion 24 3.1.9 Sấy 24 4. TIÊU CHUẨN SẢN PHẨM 26 4.1 Gelatin ứng dụng trong thực phẩm 26 4.2 Gelatin ứng dụng trong dược phẩm 27 4.3 Gelatin ứng dụng trong công nghiệp 27 4.4 Tiêu chuẩn của gelatin theo phương pháp trích ly 28 5. SẢN PHẨM 29 Sản xuất gelatin từ da cá 3 1. GELATIN 1.1 Giới thiệu chung Gelatin là sản phẩm thu được từ collagen. Sản phẩm gelatin thương mại đầu tiên xuất hiện ở Hà Lan vào khoảng năm 1685, sau đó xuất hiện ở Anh vào khoảng năm 1700. Cuối thế kỷ 19, ngành công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện, làm tăng thêm ứng dụng và ổn đònh tính chất sản phẩm. Năm 1850, công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện tại Mỹ. Nguồn nguyên liệu chính lúc này là da chưa thuộc và xương. Đến năm 1930, ngành sản xuất này phát triển mạnh mẽ khi da heo được xem như một nguồn nguyên liệu. 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 đònh 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. 1.2 Đònh nghóa Gelatin là polypeptit cao phân tử thu nhận từ collagen - thành phần protein chủ yếu của mô liên kết động vật - bao gồm xương, da và gân. Tên “gelatin” được sử dụng phổ biến từ khoảng năm 1700 có nguồn gốc từ chữ Latin “gelatus”. Thuật ngữ gelatin mặc dù đôi khi được dùng để đề cập đến các tác nhân tạo gel nói chung nhưng lại riêng dùng để nói đến vật liệu protein tạo ra từ collagen đã bò thoái hoá do nhiệt. Sản xuất gelatin từ da cá 4 1.3 Cấu tạo Cấu trúc bậc 1 phân tử gelatin gồm có 18 amino acid khác nhau liên kết theo một trật tự xác đònh, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 1000 acid amin. Chuỗi peptide có chiều dài khác nhau phụ thuộc nguồn nguyên liệu, chuỗi có một đầu là nhóm amino, một đầu là nhóm carboxyl. Cấu trúc thường gặp của gelatin là Gly – X – Y (với X chủ yếu là nhóm proline còn Y chủ yếu là nhóm hydroxyproline). Hình 1.1: Cấu trúc Gly – X – Y thường gặp của gelatin Gelatin chứa nhiều nhóm glycine, proline và 4-hydroxyproline. Cấu trúc cơ bản của chuỗi gelatin là: – Ala – Gly – Pro – Arg – Gly – Glu – Hyp – Gly – Pro. Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của gelatin. Cấu trúc bậc 2: tổ hợp của 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc. Cấu trúc bậc 3: chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó, tạo nên cấu trúc phân tử dạng dây thừng, gọi là proto fibril. Sản xuất gelatin từ da cá 5 Trong phân tử gelatine có một số nhóm tích điện: carboxyl, imidazole, amino, guanidino. Tỷ lệ các nhóm này ảnh hưởng đến pH và pI của gelatin. Ngoài ra còn các nhóm không mang điện tích là các nhóm hydroxyl (serine, threonine, hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptide (-CO-NH-) quy đònh khả năng tạo liên kết hydro, quy đònh cấu trúc phân tử. 1.4 Thành phần Tất cả các acid amin có mặt trong protein đều hiện diện ở gelatin ngoại trừ tryptophane và cystine mặc dù cũng phát hiện ra vết của chúng. Bảng 1.1. Thành phần acid amin thu được khi thủy phân 100g mẫu gelatin. Acid amin Khối lượng (gam) Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine Phenylalanine Trytophane Serine Threonine Tyrosine Proline Hydroxyproline Methionine Cysteine Cystine Lysine Arginine Histidine Acid aspartic Acid glutamic Hydroxylysine 26 – 31 8 – 11 2,6 – 3,4 3,0 – 3,5 1,4 – 2 2 – 3 - 2,9 – 4,2 2,2 – 4,4 0,2 – 1 15 – 18 13 – 15 0,7 – 1 - vết 4 – 5 8 – 9 0,7 – 1 6 – 7 11 – 12 0,8 – 1,2 Sản xuất gelatin từ da cá 6 Hình 1.3. Thành phần phần trăm acid amin của gelatin. Bảng 1.2. Tỷ lệ và thành phần các acid amin trong gelatin sản xuất từ da và xương Thành phần amino acid Từ da (%) Từ xương (%) Aspartate 5,2 5,3 Glutamate 7,1 7,3 Hydroxyproline 5,6 5,6 Serine 6,3 6,3 Glycine 35,8 35,8 Histidine 1,2 1,1 Arginine 5,3 5,4 Threonine 2,3 2,4 Alanine 10,3 10,3 Proline 9,8 9,5 Tyrosine 0,5 0,5 Valine 1,7 1,8 Methionine 1,7 1,6 Isoleucine 1,1 1,2 Leucine 2,0 2,1 Phenylalanine 1,2 1,2 Lysine 2,7 2,5 Sản xuất gelatin từ da cá 7 1.5 Phân loại Có rất nhiều cách để phân loại gelatin tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, nguyên liệu, đặc tính sản phẩm… Sau đây là vài cách phân loại cơ bản: 1.5.1 Phân loại dựa theo nguồn gốc nguyên liệu Có các loại như: - Gelatin có nguồn gốc động vật: là gelatin sản xuất từ da, xương, gân động vật có vú. - Gelatin cá: gelatin sản xuất từ da các loại cá như cá tuyết, cá trắm cỏ… Gelatin từ cá có hàm lượng proline và hydroxyproline thấp nên có nhiệt độ tạo gel thấp (vì số liên kết hidro hình thành thấp). 1.5.2 Phân loại dựa theo phương pháp sản xuất Có 2 loại: - Gelatin loại A: Quá trình sản xuất xử lý bằng acid, dùng khi sản xuất gelatin từ da heo. - Gelatin loại B: Quá trình sản xuất xử lý bằng kiềm, dùng khi sản xuất gelatin từ da và xương gia súc. 1.5.3 Phân loại dựa theo cấu trúc phân tử Có 3 loại: - Gelatin thuỷ phân: là gelatin mất khả năng tạo gel khi bò thủy phân thành các polypeptit mạch ngắn. Các sản phẩm thủy phân này được tạo ra bằng cách sử dụng enzym thực hiện quá trình thủy phân, sau đó tiệt trùng, cô đặc và cuối cùng là sấy phun. Không giống như các protein khác, các sản phẩm thủy phân từ gelatin không có vò đắng nên có thể sử dụng cho nhiều sản phẩm thực phẩm: chất tạo cấu trúc cho các sản phẩm sữa, chất tạo nhũ trong công nghệ chế biến các sản phẩm từ thòt, là nguồn protein trong thực phẩm ăn kiêng, chất mang trong quá trình tạo hạt mà không làm biến đổi các tính chất vật lí, hóa học của hạt, chất tạo bọt… - Gelatin ester hoá: gelatin ester hoá bởi các acid béo, giúp cải thiện khả năng tạo nhũ, mở rộng chức năng sinh học của acid béo (một số acid béo không thể bổ sung trực tiếp vào thực phẩm do mùi vò kém, dễ bò oxy hoá, không tan trong nước… Quá trình ester hoá gelatin giúp bổ sung acid béo vào thực phẩm). Sản xuất gelatin từ da cá 8 - Gelatin tan trong nước lạnh (gelatin sử dụng liền – instant gelatins): đây là loại gelatin khi sấy không qua pha tạo gel, có cấu trúc vô đònh hình, không tạo tinh thể. Cấu trúc vô đònh hình của gelatin loại này cho phép nó trương nở rất nhanh và rất mạnh. Mạng phân tử ba chiều của nó liên kết lỏng lẻo, sự sắp xếp của các phân tử là hoàn toàn ngẫu nhiên, lực liên kết giữa các phân tử cũng như lực liên kết nội phân tử rất yếu nên nước có thể dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc phân tử với một lượng lớn nhất có thể và tạo thành cấu trúc tương tự gel. Loại gelatin này hút ẩm mạnh và khó tạo gel khi nồng độ thấp. 1.6 Tính chất Gelatin là chất rắn dạng miếng, vảy, bột hoặc hạt, không mùi, không vò, trong suốt, có màu từ vàng nhạt đến màu trắng. Ở nhiệt độ thường và độ ẩm thường, gelatin chứa từ 9- 12% ẩm và có tỉ trọng riêng từ 1,3-1,4. (ĐƯA XUỐNG PHẦN SẢN PHẨM) Các hạt gelatin rắn khi ngâm trong nước sẽ hút nước và trương nở. Gelatin có thể hấp thu một lượng nước gấp 5-10 lần khối lượng của nó. Khi gia nhiệt, gelatin đã hydrat hóa sẽ nhanh chóng chuyển thành dạng dung dòch. Gelatin tan trong các polyol như glycerin, propylen glycol, sorbitol, manitol, không tan trong cồn, aceton, CCl 4 , benzen, ether và các dung môi hữu cơ khác. Các muối phosphat, citrat, sulfat ở nồng độ thấp cũng làm gelatin trong dung dòch nồng độ cao kết tủa. Gelatin là một thực phẩm, có chứa 9 loại amino acid cần thiết cho con người. Gelatin không phải là phụ gia thực phẩm nên không có giới hạn sử dụng. (ĐƯA XUỐNG PHẦN SẢN PHẨM) 1.6.1 Độ nhớt và khả năng tạo gel Độ nhớt và khả năng tạo gel của gelatin phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ < 20 0 C, dù hàm lượng gelatin rất thấp vẫn có khả năng tạo gel. Ở nhiệt độ trong khoảng 20 ÷ 30 0 C, dung dòch gelatin vừa tồn tại dạng gel, vừa dạng dòch nhớt, vừa dòch lỏng, phụ thuộc nhiệt độ và hàm lượng gelatin. Ở nhiệt độ > 35 0 C, phân tử gelatin rời rạc. Dù hàm lượng gelatin cao chúng vẫn không liên kết với nhau, không tạo gel bền mà chỉ tăng độ nhớt. Khả năng tạo gel là một trong những tính chất chức năng quan trọng nhất của gelatin, là một trong những yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng gelatin. Độ bền của gel khi đông được đặc trưng bởi độ Bloom. Theo đònh nghóa, độ bloom là khối lượng tính bằng gam cần thiết tác dụng lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 13 mm để khối gel lún xuống 4mm. Khối gel có hàm lượng gelatin là 6,67%; được giữ ổn đònh ở 10 0 C trong 16 ÷ 18h. Gelatin trên thò trường có độ Bloom trong khoảng 50 ÷ 300 Bloom (gam). Sản xuất gelatin từ da cá 9 1.6.2 Khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử Gelatin có bloom cao thường chứa một tỉ lệ lớn (30 – 35%) các phân tử có kích thước giống nhau dưới dạng các chuỗi α-và β Phần lớn các gelatin cũng chứa các tổ hợp với phân tử có khối lượng trên 10 triệu và các polypeptit với các phân tử có khối lượng ít hơn 80.000. Sự phân bố khối lượng phân tử: các dạng gelatin thường gặp bao gồm các chuỗi δ với khối lượng phân tử 230.000-340.000, chuỗi β với khối lượng phân tử 123.000 – 230.000, chuỗi α với khối lượng phân tử 80.000 – 125.000 và các chuỗi α nhỏ 10.000 – 80.000. 1.6.3 Điểm đẳng điện Cũng giống như các protein khác, gelatin có thể hoạt động như một acid hoặc một base, tùy thuộc vào pH. Trong dung dòch acid gelatin tích điện dương và trong dung dòch kiềm nó tích điện âm. Điểm trung gian ở đó sự tích điện bằng 0 gọi là pI hoặc điểm đẳng điện. Sự thay đổi trong tỉ lệ của các nhóm carboxyl, amin có liên quan đến sự khác nhau trong điểm đẳng điện của gelatin. Ởû collagen, 35% nhóm acid nằm ở dạng amid. Do đó, collagen là một protein cơ bản có điểm đẳng điện là 9,4. Trong suốt quá trình điều chế gelatin, quá trình xử lí bằng acid hoặc base sẽ thủy phân nhóm amid trong phạm vi lớn hoặc nhỏ hơn. Điểm đẳng điện của gelatin có thể thay đổi từ 9,4 (không thay đổi nhóm amid) đến 4,8 (90 – 95% các nhóm acid carboxylic tự do) Gelatin được điều chế bằng phương pháp acid có điểm đẳng điện cao vì điều kiện thao tác công nghệ duy trì được giá trò gần với điểm đẳng điện của collagen. Gelatin được điều chế bằng phương pháp kiềm qua quá trình xử lí bằng kiềm dài hơn và chỉ có một phần nhỏ các nhóm amin còn lại nên gelatin này có pH đẳng điện acid và thường nằm trong khoảng 4,8 – 5,2. 1.6.4 Cơ chế tạo gel Gelatin trương nở khi được cho vào nước, hấp thụ một thể tích nước bằng 5-10 lần thể tích của bản thân nó. Khi được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn điểm tan chảy, gelatin đã trương nở hòa tan và tạo thành gel khi được làm nguội. Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dòch và dạng gel có tính thuận nghòch. Tính chất này được lợi dụng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm. Ngoài ra, gel của gelatin bắt đầu tan chảy ở 27-34 0 C và có khuynh hướng tan trong miệng. Tính chất này đươc ứng dụng nhiều trong thực phẩm. Cơ chế cơ bản của sự tạo gel là sự thay đổi ngẫu nhiên của dạng xoắn ốc. Iminoacid của các chuỗi polypeptit khác nhau [...]... lớn như vậy nhưng tỉ lệ thòt fillet của cá Basa chỉ chiếm 24,11% tương tự với cá Tra thòt fillet là 39,3%1 thì lượng phụ phẩm là cực kỳ lớn Để giải quyết 12 Sản xuất gelatin từ da cá vấn đề này, người ta sử dụng da cá để sản xuất gelatin và nguyên liệu dùng để sản xuất gelatin da cá chiếm khoảng 5 – 6% 2.2 Cấu tạo da cá Da cá có thể chia làm ba lớp: - Lớp trong chủ yếu là lipid và thòt vụn còn sót -... Sản xuất gelatin từ da cá 2 NGUỒN NGUYÊN LIỆU DA CÁ SẢN XUẤT GELATIN 2.1 Cá tra Họ cá tra có tên khoa học là Pangasiidae phân bố tương đối rộng ở khu vực Tây Nam Á Cá tra được biết đến là loài cá ăn tạp Trong tự nhiên, cá tra ăn được mùn bã hữu cơ, rễ cây thủy sinh, rau quả, các loài cá tạp nhỏ, tôm tép, cua, và các loại côn trùng có sẵn trong môi trường sống Pangasius taeniurus (Cá bông lau) Pangasius... giải, với điều kiện thích hợp nhất là nhiệt độ 370C, pH = 8,1 – 8,2 18 Sản xuất gelatin từ da cá 3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT 3.1: Sơ đồ khối 19 Sản xuất gelatin từ da cá 3.2 Thuyết minh quy trình 3.1.1 Khử béo v Mục đích: chuẩn bò - Làm giảm hàm lượng béo trong nguyên liệu da cá nhằm chuẩn bò cho quá trình trích ly - Loại bỏ chất nhờn, các loại protein yếu, mucopolysaccharride và một lượng nhỏ thành phần hữu... phun thành các hạt sương, sau đó được tác nhân sấy thành hạt v Các biến đổi: - Vật lý: * Khối lượng riêng tăng lên * Có sự biến đổi nhiệt độ - Biến đổi hoá lý * Khuếch tán ẩm - Biến đổi hoá học * Hàm ẩm giảm dần trong quá trình sấy - Biến đổi cảm quan * Màu sắc: cường độ màu tăng lên v Thiết bò: Sấy phun Hình 3.6: Thiết bò sấy phun 25 Sản xuất gelatin từ da cá 4 TIÊU CHUẨN SẢN PHẨM 4.1 Gelatin ứng... gian xử lý hay trích ly, đồng thời cải thiện chất lượng của gelatin (thể hiện rõ trong việc thay đổi khối lượng phân tử của gelatin và do đó tính nhớt bò ảnh hưởng) v Các biến đổi - Hoá học: Sợi collagen sẽ co rút lại trong nước nóng và hầu như biến đổi không thuận nghòch thành Gelatin có khả năng hoà tan v Thiết bò 22 Sản xuất gelatin từ da cá Hình 3.1: Thiết bò trích ly 3.1.6 Lắng và lọc thô v Mục... (Cá tra) (Cá ba sa) (Cá sát sọc) Pangasius larnaudii Pangasius nasutus Pangasius sutchi (Cá vồ đém) (Cá sát bầu) (Cá tra nghệ) Hình 2.1: Hình ảnh một số loài trong giống cá Tra ở Việt Nam Ở nước ta hiện nay, cá Tra đang được coi là loại cá nuôi có năng suất cao nhất trong nghề nuôi trồng thủy sản, năng suất trung bình khoảng 30 – 45 tấn/ha Với một năng suất lớn như vậy nhưng tỉ lệ thòt fillet của cá. .. gelatin từ da cá Hình 3.4: Thiết bò lọc tinh 3.1.8 Trao đổi ion v Mục đích: - Loại bỏ hoàn toàn các muối còn lại trong dung dòch - Hấp phụ hợp chất tan ( màu, mùi, vò, ) v Thiết bò: Hình 3.5: Thiết bò trao đổi ion 3.1.9 Sấy v Mục đích: -Làm giảm hàm ẩm tạo điều kiện thuận lợi trong bảo quản và phân phối 24 Sản xuất gelatin từ da cá - Hoàn thiện sản phẩm v Phương pháp: dung dòch sẽ được đưa từ trên... liệu với 20% chất khô 20 Sản xuất gelatin từ da cá pH điều chỉnh tối ưu ở pH=3 với nhiệt độ 30 ∙C trong thời gian 5 phút v Các biến đổi - Vật lý: Da trương nở tối đa - Hoá học: Nguyên liệu bò acid hoá - Hoá lý: Độ ẩm của nguyên liệu tăng lên v Thiết bò: bồn trương nở 3.1.4 Rửa lần 2 v Mục đích: loại bỏ acid dư tong quá trình trương nở v Phương pháp thực hiện: rửa bằng nước sản xuất v Thiết bò: bồn rửa.. .Sản xuất gelatin từ da cá tạo một hình thể xoắn ốc khi làm nguội và các vòng xoắn này được ổn đònh nhờ các cầu hydro, tạo gel ba chiều Sự tạo gel của gelatin được xem như sự tái tạo một phần collagen và phần đã được tái tạo này hoạt động như một đoạn chức năng của gel 1.7 Ứng dụng 1.7.1 Trong công nghiệp thực phẩm Gelatin chủ yếu được dùng làm phụ gia tạo gel,... Trong công nghiệp nhiếp ảnh Gelatin được sử dụng trong nhiếp ảnh với 3 chức năng: - Tác nhân liên kết - Tạo ra nhũ tương trong đó gelatin hút nước, tạo thành dung dòch khi gia nhiệt và chuyển thành dạng gel khi làm nguội, sau khi chiết hết nước hình thành một trạng thái bền - Thể tích trương nở của gelatin bảo đảm cho các phản ứng hóa học diễn ra trong suốt quá trình tráng phim 11 Sản xuất gelatin từ da