Đang tải... (xem toàn văn)
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Gelatin với bản chất là protein được tạo thành từ sự phân giải collagen có trong xương, da, gân, sụn,... từ các loài động vật có vú và các loài thủy sản. Gelatin được ứng dụng nhiều trong các ngành y dược, mỹ phẩm, phim ảnh,... vì những tính chất chức năng độc đáo của nó. Riêng trong ngành công nghệ thực phẩm, gelatin được sử dụng với vai trò là chất ổn định, chất kết dính, chất nhũ hóa, chất tạo gel,...[98]. Theo tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), sản lượng gelatin trung bình hàng năm trên thế giới khoảng 326.000 tấn và nhu cầu sử dụng không ngừng gia tăng. Trong đó, gelatin được sản xuất từ da heo, da bò chiếm phần lớn, gelatin từ các nguồn nguyên liệu khác chiếm tỷ lệ rất ít [93]. Tuy nhiên, do những lo ngại về khả năng gây bệnh truyền nhiễm như lở mồm, long móng và các vấn đề tôn giáo của gelatin từ động vật có vú, phế liệu chế biến thủy sản hiện đang nổi lên như là nguồn nguyên liệu thay thế để cung cấp gelatin đầy tiềm năng [88]. Cùng với sự phát triển của ngành khai thác và chế biến thủy sản, lượng phế liệu thủy sản thải ra môi trường ngày càng nhiều. Theo khảo sát của FAO, hơn 158 triệu tấn hải sản được đánh bắt và nuôi trồng hàng năm, trong đó chỉ khoảng 50% được sử dụng làm thực phẩm, lượng còn lại được cho là phế liệu, không sử dụng trực tiếp cho con người [91]. Ở Việt Nam, chỉ tính riêng khu vực Đồng bằng Sông Cửu long, lượng phế liệu thủy sản thải ra hàng năm vào khoảng 300 ngàn tấn [8], hầu hết được sử dụng làm thức ăn gia súc hoặc sơ chế dưới dạng nguyên liệu thô với giá trị kinh tế thấp. Vì vậy, việc khai thác nguồn nguyên liệu này để sản xuất gelatin thay thế gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú đang là hướng đi được quan tâm, có khả năng đem lại giá trị kinh tế cao và định hướng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Mặc dù trong thời gian gần đây đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới và số ít ở nước ta về công nghệ thu nhận gelatin từ các loại phế liệu thuỷ sản, nhưng do có sự khác biệt về nguồn gốc nguyên liệu, điều kiện nghiên cứu, mục tiêu của nghiên cứu – thu nhận gelatin với hiệu suất cao hay chất lượng cao - nên các kết luận đưa ra không có sự thống nhất về phương pháp xử lý nguyên liệu, hoá chất sử dụng cho đến điều kiện trích ly gelatin. Việc áp dụng các kỹ thuật tiên tiến như siêu âm trong công nghệ chưa được quan tâm. Các loại phế liệu thủy sản phổ biến trong nước chưa được nghiên cứu nhiều và chưa toàn diện. Hơn nữa, hạn chế lớn nhất của gelatin từ phế liệu thủy sản là có khối lượng phân tử nhỏ, dẫn đến các tính chất chức năng như độ bền gel, nhiệt độ nóng chảy, độ nhớt,... thấp hơn so với gelatin từ động vật có vú. Để khắc phục những hạn chế trên, một số nghiên cứu đã được thực hiện trên thế giới nhằm biến tính gelatin, cải thiện các tính chất chức năng bằng các tác nhân vật lý, hóa học, sinh học khác nhau, nhờ đó có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của gelatin. Trong khi ở Việt Nam, vấn đề này lại chưa được quan tâm đến. Ngoài ra, do có nguồn gốc từ nguồn nguyên liệu mới – phế liệu thuỷ sản hoặc do hệ quả của quá trình biến tính dẫn đến những thay đổi về chất lượng, khả năng ứng dụng của gelatin từ phế liệu thuỷ sản cũng là vấn đề cần thiết phải đánh giá. Xuất phát từ những phân tích trên, đề tài “Nghiên cứu thu nhận, biến tính gelatin từ phế liệu thủy sản và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm” có ý nghĩa thiết thực về mặt khoa học lẫn thực tiễn. Những kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ bổ sung những hiểu biết mới về gelatin thuỷ sản, phát triển công nghệ sản xuất và biến tính gelatin từ phế liệu này, cũng như đánh giá được khả năng ứng dụng gelatin thủy sản trong công nghiệp thực phẩm, qua đó nâng cao giá trị của các loại phế liệu thuỷ sản.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CHÂU THÀNH HIỀN NGHIÊN CỨU THU NHẬN, BIẾN TÍNH GELATIN TỪ PHẾ LIỆU THỦY SẢN VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG - 2019 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH .vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan collagen gelatin 1.1.1 Tổng quan collagen 1.1.2 Quá trình chuyển từ collagen thành gelatin 11 1.1.3 Tổng quan gelatin 12 1.1.4 Tổng quan gelatin từ cá 17 1.2 Tổng quan gelatin biến tính 20 1.2.1 Tác nhân biến tính 20 1.2.2 Cơ chế tạo liên kết ngang trình biến tính 21 1.3 Ứng dụng gelatin 22 1.3.1 Gelatin thực phẩm 22 1.3.2 Trong dược phẩm 24 1.3.3 Gelatin kỹ thuật phim ảnh 24 1.3.4 Gelatin làm chất bổ sung dinh dưỡng 24 1.4 Tổng quan nguồn thủy sản phế liệu thủy sản 25 1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu gelatin từ phế liệu thủy sản 25 1.5.1 Tình hình nghiên cứu giới 25 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 34 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 2.1 Nguyên liệu 38 2.2 Hóa chất 38 2.3 Phương pháp nghiên cứu 39 2.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 39 2.3.2 Bố trí thí nghiệm 41 ii 2.3.3 Phương pháp phân tích hóa lý 46 2.3.4 Phương pháp phân tích hóa sinh 52 2.3.5 Phương pháp phân tích vi sinh 52 2.3.6 Phương pháp phân tích cảm quan 53 2.3.7 Phương pháp phân tích số liệu thực nghiệm 54 2.3.8 Tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm 54 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 Nghiên cứu thu nhận gelatin từ phế liệu thủy sản 55 3.1.1 Khảo sát thành phần hóa học số loại da cá 55 3.1.2 Nghiên cứu công đoạn xử lý nguyên liệu da cá 56 3.1.3 Nghiên cứu cơng đoạn trích ly gelatin 70 3.1.4 Nghiên cứu làm gelatin 74 3.1.5 Xác định số đặc tính gelatin thành phẩm 85 3.1.6 Xác định tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm tiêu chất lượng gelatin 91 3.1.7 Nghiên cứu chế độ bảo quản gelatin 92 3.1.8 Đề xuất quy trình thu nhận gelatin từ da cá quy mơ phòng thí nghiệm 95 3.2 Nghiên cứu biến tính gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương 97 3.2.1 Biến tính enzyme transglutaminase, acid caffeic acid tannic 97 3.2.2 Biến tính polyphenol từ chè xanh 108 3.3 Nghiên cứu ứng dụng gelatin 117 3.3.1 Đánh giá khả ứng dụng làm chất tạo gel nhân kem marshmallow sản xuất bánh chocopie 117 3.3.2 Ứng dụng gelatin sản xuất kẹo dẻo hương cam 118 3.3.3 Ứng dụng gelatin biến tính enzyme transglutaminase kỹ thuật vi bao chất màu anthocyanin 122 3.3.4 Đánh giá khả ứng dụng gelatin biến tính polyphenol chè xanh làm màng bao bảo quản thịt 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 133 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iii DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT Abs Độ hấp thụ AC Acid caffeic AT Acid tannic CS Cộng DNĐD Da cá Ngừ Đại Dương DTRA Da cá Tra ĐC Mẫu đối chứng E.coli Escherichia coli FTIR Fourier transformed infrared GBA Gelatin biến tính acid caffeic GBE Gelatin biến tính enzyme transglutaminase GBP Gelatin biến tính polyphenol GBT Gelatin biến tính acid tannic GNĐD Gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương GNĐDS Gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương có sóng siêu âm hỗ trợ GNĐDT Gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương xử lý than hoạt tính GTRA Gelatin từ da cá Tra GTRAS Gelatin từ da cá Tra có sóng siêu âm hỗ trợ GTRAT Gelatin từ da cá Tra xử lý than hoạt tính HPLC Sắc ký lỏng hiệu cao LOD Limit of detection: giới hạn định tính QCVN Quy chuẩn Việt Nam SDS-PAGE Kỹ thuật điện di SDS-polyacrylamide gel SEM Scanning electron microscopy – kính hiển vi điện tử quét TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam THT Than hoạt tính TGase Enzyme transglutaminase TNBS Trinitrobenzenesulfonic acid (C6H3N3O9S) UV-VIS Ánh sáng tử ngoại – khả kiến iv DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Một số loại collagen phổ biến 1.2 Thành phần acid amin trung bình gelatin (‰) 13 1.3 Một số ứng dụng gelatin sản phẩm thực phẩm 23 1.4 Tóm tắt số nghiên cứu thu nhận gelatin từ da cá giới 26 1.5 Tóm tắt số nghiên cứu biến tính gelatin từ da cá giới 32 1.6 Tóm tắt số nghiên cứu thu nhận gelatin từ da cá Việt Nam 35 2.1 Một số hóa chất dùng nghiên cứu 38 3.1 Thành phần hóa học số loại da cá 55 3.2 Kết xác định nồng độ acid thời gian xử lý da cho độ bền gel cao với độ nhớt hiệu suất thu hồi gelatin 57 Kết xác định hàm lượng vôi thời gian xử lý da cá thích 3.3 hợp để thu gelatin có độ bền gel cao với độ nhớt 59 hiệu suất thu hồi 3.4 Kết xác định thời gian xử lý da huyền phù vơi, dung dịch acid để thu gelatin có độ bền gel cao 61 So sánh kết xác định điều kiện tốt để thu gelatin từ 3.5 da cá khô da cá lạnh đông ba phương pháp acid, kiềm, 63 kết hợp kiềm-acid 3.6 Điều kiện khảo sát sơ làm màu dịch gelatin THT 79 3.7 Mức yếu tố ảnh hưởng điều kiện xử lý 80 3.8 Điều kiện tối ưu làm màu dịch gelatin THT 81 3.9 Độ màu loại gelatin 82 3.10 Tổng điểm điểm trung bình độ mùi mẫu gelatin 83 3.11 Hàm lượng hợp chất gây mùi gelatin 83 3.12 Hàm lượng acid amin gelatin 89 3.13 Kết đánh giá tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm tiêu chất lượng gelatin v 91 Số hiệu Tên bảng bảng 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 Nồng độ gelatin thích hợp để biến tính Điều kiện thích hợp để biến tính gelatin transglutaminase, acid caffeic, acid tannic Kết đánh giá cảm quan gelatin sau biến tính Kết phân tích tiêu chất lượng polyphenol thô chè xanh Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ nhớt, mức độ liên kết ngang độ bền gel gelatin Ảnh hưởng hàm lượng polyphenol đến độ nhớt, mức độ liên kết ngang độ bền gel gelatin Ảnh hưởng nồng độ gelatin đến độ nhớt, mức độ liên kết ngang độ bền gel gelatin Trang 101 101 106 108 109 110 111 3.21 Tóm tắt kết đánh giá chất lượng gelatin nhà máy 117 3.22 Công thức sản xuất kẹo dẻo 118 3.23 Kết đánh giá tiêu chất lượng kẹo dẻo 120 3.24 Một số tiêu anthocyanin sau vi bao không vi bao 123 3.25 Ưu điểm, nhược điểm màng phim 128 3.26 Chỉ tiêu vi sinh vật thịt bò 132 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1 Cấu trúc xoắn ba collagen 1.2 Trình tự xếp acid amin phân tử collagen 1.3 Cấu tạo phân tử collagen 1.4 Tương tác tạo liên kết ngang collagen 10 1.5 Phản ứng phức có liên kết aldimine với histidine hình thành liên kết ngang histidino-hydroxylysinonorleucine 10 Phản ứng phức có liên kết keto- amine với 1.6 hydroxylysine aldehyde, lysine aldehyde hình thành liên kết 11 ngang 1.7 Các dạng gelatin, A: dạng hạt; B: dạng tấm; C: dạng sợi 13 1.8 Độ nhớt gelatin phụ thuộc nhiệt độ hàm lượng gelatin 15 1.9 Mơ hình phân bố điện tích gelatin loại A B dung dịch 16 1.10 Quy trình thu nhận gelatin tổng quát từ da cá 18 1.11 Cơ chế tạo liên kết ngang gelatin xúc tác enzyme 21 1.12 Cơ chế tạo liên kết ngang gelatin tác nhân hóa học 22 1.13 Ứng dụng gelatin sản phẩm kẹo, kem, thịt đông 23 2.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 41 2.2 Sơ đồ quy trình thu nhận gelatin từ da cá 41 2.3 Sơ đồ nghiên cứu biến tính gelatin 45 3.1 3.2 3.3 3.4 Ảnh hưởng biên độ siêu âm đến độ bền gel, độ nhớt hiệu suất thu hồi Ảnh hưởng chu kỳ đóng ngắt siêu âm đến độ bền gel, độ nhớt hiệu suất thu hồi gelatin Ảnh hưởng thời gian siêu âm đến độ bền gel, độ nhớt hiệu suất thu hồi Ảnh hưởng thời gian siêu âm huyền phù vôi đến độ vii 65 66 67 69 Số hiệu Tên hình hình Trang bền gel, độ nhớt hiệu suất thu hồi gelatin 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly đến độ bền gel, độ nhớt hiệu suất thu hồi gelatin Ảnh hưởng thời gian trích ly đến độ bền gel, độ nhớt hiệu suất thu hồi gelatin Ảnh hưởng tỷ lệ dung môi/ da cá đến độ bền gel, độ nhớt hiệu suất thu hồi gelatin Ảnh hưởng loại tác nhân làm màu đến độ đục độ hấp thụ quang dịch gelatin Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý THT đến độ đục độ hấp thụ quang dịch gelatin Ảnh hưởng thời gian xử lý THT đến độ đục độ hấp thụ quang dịch gelatin Ảnh hưởng hàm lượng THT đến độ đục độ hấp thụ quang dịch gelatin Sự phân bố khối lượng phân tử gelatin Cấu trúc gelatin thu nhận từ da cá Ngừ Đại Dương da cá Tra Phổ hồng ngoại gelatin da cá Ngừ Đại Dương da cá Tra 71 72 73 75 76 77 78 85 86 88 3.15 Gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương da cá Tra sau sấy khô 92 3.16 Quy trình thu nhận gelatin từ da cá 95 3.17 3.18 3.19 3.20 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến thay đổi độ nhớt độ bền gel gelatin Ảnh hưởng hàm lượng transglutaminase, acid caffeic, acid tannic đến độ nhớt độ bền gel gelatin Ảnh hưởng nồng độ gelatin đến mức độ tăng độ nhớt độ bền gel gelatin Ảnh điện di mẫu gelatin biến tính mẫu chuẩn marker viii 98 99 100 102 Số hiệu Tên hình hình Trang 3.21 Vi ảnh cấu trúc gelatin trước sau biến tính 103 3.22 Mức độ liên kết ngang gelatin 104 3.23 Phổ hồng ngoại (FTIR) gelatin trước sau biến tính 105 3.24 3.25 3.26 Gelatin trước sau biến tính transglutaminase, acid caffeic, acid tannic sấy khô Ảnh điện di mẫu gelatin mẫu chuẩn marker Ảnh vi cấu trúc gelatin trước sau biến tính polyphenol 107 112 113 3.27 Phổ hồng ngoại gelatin biến tính polyphenol 114 3.28 Gelatin trước sau biến tính polyphenol chè xanh 114 3.29 Quy trình biến tính gelatin 115 3.30 Quy trình cơng nghệ sản xuất kẹo dẻo gelatin 118 3.31 Sản phẩm kẹo dẻo hương cam 119 3.32 Độ bền kéo đứt kẹo 121 3.33 3.34 3.35 3.36 3.37 Sản phẩm anthocyanin vi bao (MCR-A) không vi bao (UMCR-A) Sự thay đổi hàm lượng anthocyanin theo thời gian bảo quản Ảnh hưởng nồng độ gelatin, hàm lượng glycerol đến độ dày độ hòa tan màng phim Ảnh hưởng nồng độ gelatin, hàm lượng glycerol đến độ trương phồng độ thấm màng phim Ảnh hưởng nồng độ gelatin, hàm lượng glycerol đến độ bền kéo độ giãn dài màng phim x 123 123 125 126 127 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Gelatin với chất protein tạo thành từ phân giải collagen có xương, da, gân, sụn, từ lồi động vật có vú lồi thủy sản Gelatin ứng dụng nhiều ngành y dược, mỹ phẩm, phim ảnh, tính chất chức độc đáo Riêng ngành cơng nghệ thực phẩm, gelatin sử dụng với vai trò chất ổn định, chất kết dính, chất nhũ hóa, chất tạo gel, [98] Theo tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), sản lượng gelatin trung bình hàng năm giới khoảng 326.000 nhu cầu sử dụng khơng ngừng gia tăng Trong đó, gelatin sản xuất từ da heo, da bò chiếm phần lớn, gelatin từ nguồn nguyên liệu khác chiếm tỷ lệ [93] Tuy nhiên, lo ngại khả gây bệnh truyền nhiễm lở mồm, long móng vấn đề tơn giáo gelatin từ động vật có vú, phế liệu chế biến thủy sản lên nguồn nguyên liệu thay để cung cấp gelatin đầy tiềm [88] Cùng với phát triển ngành khai thác chế biến thủy sản, lượng phế liệu thủy sản thải môi trường ngày nhiều Theo khảo sát FAO, 158 triệu hải sản đánh bắt ni trồng hàng năm, khoảng 50% sử dụng làm thực phẩm, lượng lại cho phế liệu, không sử dụng trực tiếp cho người [91] Ở Việt Nam, tính riêng khu vực Đồng Sông Cửu long, lượng phế liệu thủy sản thải hàng năm vào khoảng 300 ngàn [8], hầu hết sử dụng làm thức ăn gia súc sơ chế dạng nguyên liệu thô với giá trị kinh tế thấp Vì vậy, việc khai thác nguồn nguyên liệu để sản xuất gelatin thay gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú hướng quan tâm, có khả đem lại giá trị kinh tế cao định hướng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường Mặc dù thời gian gần có nhiều nghiên cứu giới số nước ta cơng nghệ thu nhận gelatin từ loại phế liệu thuỷ sản, có khác biệt nguồn gốc nguyên liệu, điều kiện nghiên cứu, mục tiêu nghiên ... tài Nghiên cứu thu nhận, biến tính gelatin từ phế liệu thủy sản ứng dụng công nghiệp thực phẩm có ý nghĩa thiết thực mặt khoa học lẫn thực tiễn Những kết thu từ nghiên cứu bổ sung hiểu biết gelatin. .. thu sản, phát triển công nghệ sản xuất biến tính gelatin từ phế liệu này, đánh giá khả ứng dụng gelatin thủy sản cơng nghiệp thực phẩm, qua nâng cao giá trị loại phế liệu thu sản Mục tiêu nghiên. .. gelatin từ động vật có vú, phế liệu chế biến thủy sản lên nguồn nguyên liệu thay để cung cấp gelatin đầy tiềm [88] Cùng với phát triển ngành khai thác chế biến thủy sản, lượng phế liệu thủy sản