Nghiên cứu biến tính gelatin da cá ngừ đại dương bằng một số dịch chiết tự nhiên

1. Tính cấp thiết của đề tài

Nhu cầu sử dụng gelatin trên toàn cầu tăng dần qua các năm. Ở Việt Nam hàng năm phải nhập ngàn tấn gelatin từ các nước trên thế giới với giá thành lại cao. Báo cáo gần đây cho thấy sản lượng gelatin được sử dụng trên thế giới gần 326.000 tấn mỗi năm. Trong đó lượng gelatin được sản xuất từ da lợn và da bò chiếm tỷ lệ cao. Tuy nhiên, sự bùng nổ của các loại bệnh như bò điên, lở mồm long móng,… hơn nữa, việc sử dụng gelatin từ động vật còn đáng lo ngại về vấn đề tôn giáo và khả năng truyền vectơ gây bệnh, đã thúc đẩy cuộc tìm kiếm nguồn gelatin khác để thay thế.

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.Cá ngừ đại dương là một trong những mặt hàng thủy sản được ưa chuộng, sản lượng khai thác và tiêu thụ trong và ngoài nước ngày càng tăng. Điều đó đồng nghĩa với việc phế liệu từ công nghiệp chế biến cá ngừ đại dương là một con số vô cùng lớn, trong đó da cá chiếm 5-6%. Da cá là phế phẩm trong qui trình chế biến fillet cá, chứa một lượng lớn collagen. Nagai và Suzuki (2000) công bố rằng thành phần collagen trong da cá phế thải chiếm tỉ lệ xấp xỉ đến lớn hơn 50%. Cho nên, đây lại là nguồn nguyên liệu sản xuất gelatin có giá trị. Nhiều nghiên cứu sản xuất gelatin từ da cá cho kết quả khá tốt và hiệu quả. Vì vậy sản xuất gelatin từ da cá nói chung và da cá ngừ đại dương nói riêng là một hướng giải quyết vừa cho hiệu quả kinh tế vừa có ý nghĩa lớn trong công tác bảo vệ môi trường.

Tuy nhiên, các đặc tính kĩ thuật của gelatin từ da cá không được

tốt như da bò, heo,… điều đó đã gây ra sự hạn chế khả năng ứng dụng của chúng. Hơn nữa, nếu chỉ thỏa mãn ứng dụng những tính chất đơn thuần sẵn có của gelatin thì còn nhiều hạn chế vì chưa khai thác được hết những tính chất tiềm ẩn của nó. Do vậy, nhiều phương pháp đã được ứng dụng nhằm biến tính gelatin để làm cải thiện các đặc tính của chúng trong đó phương pháp hóa học được nghiên cứu khá nhiều bởi khả năng tạo liên kết ngang tốt mà kinh tế. Các nghiên cứu gần đây đã sử dụng một số tác nhân hóa học như: hợp chất phenolic : acid caffeic, acid tannic, acid gallic, acid ferulic…; hợp chất andehyt để biến tính gelatin làm biến đổi các đặc tính hóa học và vật lý của nó. Tuy nhiên việc sử sụng các hóa chất cũng gây ra một số vấn đề lo ngại về an toàn sản xuất và vệ sinh thực phẩm. Vì vậy, việc nghiên cứu biến tính gelatin từ tác nhân tự nhiên là một hướng đi thiết thực nhằm tạo sự an tâm cho người sử dụng khi ứng dụng gelatin trong công nghiệp thực phẩm.

Hoa hồi, lá bạc hà, lá chè già là những loại thực vật được sử dụng nhiều trong thực phẩm. Thành phần hóa học của chúng có chứa các hợp chất phenolic với hàm lượng nhất định. Từ đó chúng tôi thấy rằng việc biến tính gelatin từ da cá bằng dịch chiết từ các nguyên liệu tự nhiên trên là hoàn toàn khả thi.

Từ những nhận định trên, chúng tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu biến tính gelatin da cá ngừ đại dương bằng một số dịch chiết tự nhiên”.

Mục đích nghiên cứu

• • Khảo sát một số đặc tính của chế phẩm bột thô polyphenol chiết từ các nguyên liệu tự nhiên;
  • Xác định một số thành phần hóa học và tính chất của gelatin da cá ngừ đại dương;
  • Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình biến tính tới chất lượng gelatin sau biến tính;
  • Đề xuất quy trình công nghệ biến tính gelatin với các thông số tối ưu;
  • Khảo sát khả năng tạo màng của gelatin biến tính;

Đối tượng và phạm vi áp dụng

• Đối tượng:
  • Nguyên liệu để thu dịch chiết polyphenol: hoa hồi khô Lạng Sơn, lá bạc hà, lá chè già được trồng tại xã Hòa Phước, huyện Hòa Vang, Đà Nẵng
  • Da cá ngừ đại dương được thu mua tại công ty TNHH Bắc Đẩu – Đà Nẵng.
• Phạm vi áp dụng: Sản xuất và biến tính gelatin từ da cá ngừ đại dương ở quy mô phòng thí nghiệm.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp vật lý

• • Xác định độ ẩm
  • Xác định nồng độ chất khô
  • Xác định độ nhớt
  • Xác định độ bền gel

Phương pháp hóa lý

• • Xác định độ tro
  • Xác định độ pH
  • Xác định khả năng tạo liên kết ngang Xác định hàm lượng polyphenol tổng số

Phương pháp hóa sinh

• • Xác định hàm lượng protein
  • Xác định hàm lượng lipit

Phương pháp toán học

• • Xử lý số liệu bằng phương pháp thống kê

Phương pháp thu nhận gelatin da cá ngừ đại dương

Phương pháp thu nhận bột thô polyphenol từ dịch chiết lá chè già bằng ethanol

Phương pháp biến tính gelatin Sơ đồ bố trí thí nghiệm

1. Bố cục của đề tài

Luận văn gồm những chương mục sau: Mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận

Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

• 1. TỔNG QUAN VỀ GELATIN
     1. Định nghĩa gelatin
     2. Cấu tạo gelatin
     3. Phân loại gelatin
     4. Tính chất của gelatin
     5. Phương pháp sản xuất gelatin

1. Cơ chế chuyển từ collagen sang gelatin

Collagen là chất duy nhất có thể chuyển thành gelatin dưới tác dụng của nước và nhiệt, đó là kết quả của sự mở vòng xoắn 3 sợi kèm theo sự phá vỡ liên kết hydro. Sự chuyển đổi từ collagen sang gelatin được minh họa ở hình 1.2

Hình 1.2. Sự chuyển đổi từ collagen sang gelatin

1. Quy trình sản xuất gelatin
   • 1. Ứng dụng của gelatin
     2. Gelatin từ da cá

Gelatin từ nguồn động vật biển (da cá nước ấm và nước lạnh, xương, vây) có khả năng là một nguồn thay thế cho gelatin từ bò (Kim và Mendis, 2006; Rustad, 2003; Wasswa và cộng sự, 2007).

Một thuận lợi chủ yếu của nguồn gelatin từ động vật biển là chúng không có nguy cơ bị bệnh bò điên (Bovine Spongiform Encephalopathy). Gelatin từ cá có thể chấp nhận được cho đạo Islam và có thể được sử dụng ít hạn chế hơn đối với đạo Do Thái và Hindu. Hơn nữa, da cá là phế liệu chủ yếu của ngành công nghiệp sản xuất cá gây ô nhiễm và rác thải nhưng có khả năng cung cấp nguồn gelatin có giá trị (Badii và Howell, 2006).

So sánh với gelatin từ bò hay heo thị phần của gelatin cá vẫn còn rất thấp. Một vài hạn chế của gelatin từ cá làm chúng không được áp dụng rộng rãi ở quy mô công nghiệp.

Biến tính gelatin

1. Bản chất của việc biến tính

Quá trình biến tính thực chất là quá trình tạo ra các liên kết đồng hóa trị – liên kết ngang giữa các phân tử gelatin. Gelatin tạo liên kết ngang thông qua nhóm amin, cacboxyl, hydroxyl. Tuy nhiên, hầu hết, chúng tạo liên kết ngang thông qua nhóm lysin, hydroxylysin và nhóm amin của axit amin kết thúc chuỗi.

Gelatin sau biến tính có nhiều ưu điểm hơn so với gelatin nguyên liệu như: có khả năng chịu nhiệt và độ bền cơ học cao hơn, ít thấm khí, thấm nước hơn và tăng độ bền gel…

1. Tác nhân biến tính gelatin
2. Cơ chế tạo liên kết ngang giữa polyphenol – protein

Nhóm chức diphenol của axit phenolic hay polyphenol khác bị oxy hóa tạo thành ortho – quinon bởi enzyme trong mô thực vật và oxi phân tử. Quinon hình thành dimer trong phản ứng phụ hoặc phản ứng với nhóm amin hoặc sulfhydryl phân nhánh của chuỗi polypeptit để tạo liên kết đồng hóa trị C – N hoặc C – S với vòng phenol cùng sự tái sinh của hydroquinon. Sau đó có thể bị oxi hóa trở lại và kết

hợp polypeptit thứ hai, kết quả tạo thành liên kết ngang giữa hai polypeptit. Ngoài ra hai quinon, mỗi lần mang một chuỗi, có thể nhị trùng hóa, cũng sinh ra một liên kết ngang.

TỔNG QUAN TÍNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ BIẾN TÍNH GELATIN TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI

• • 1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
    2. Tình hình nghiên cứu trong nước

TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU THẢO MỘC DÙNG ĐỂ CHIẾT POLYPHENOL

• • 1. Cây chè
    2. Lá bạc hà
    3. Hoa hồi

CHƯƠNG 2

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• 1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
     1. Nguyên liệu
     2. Hóa chất
     3. Dụng cụ và thiết bị
  2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
     1. Phương pháp vật lý

1. Xác định độ ẩm
2. Xác định nồng độ chất khô
3. Xác định độ nhớt bằng nhớt kế quay
4. Xác định độ bền gel
   • 1. Phương pháp hóa lý
5. Xác định độ tro
6. Xác định độ pH
7. Xác định khả năng tạo liên kết ngang
8. Xác định hàm lượng polyphenol tổng số
   • 1. Phương pháp hóa sinh
9. Xác định hàm lượng protein
10. Xác định hàm lượng lipit
    • 1. Phương pháp toán học
      2. Phương pháp thu nhận gelatin da cá ngừ đại dương
      3. Phương pháp thu nhận bột thô polyphenol từ dịch chiết lá chè già bằng ethanol
      4. Phương pháp biến tính gelatin
      5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

• 1. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNGPOLYPHENOL TỔNG SỐ TRONG MỘT SỐ DỊCH CHIẾT TỰ NHIÊN

Bảng 3.1. Kết quả xác định hàm lượng polyphenol tổng số (tính theo hàm lượng chất khô, %)

Dựa vào kết quả trên cho thấy:Ba loại nguyên liệu trên đều có chứa polyphenol với hàm lượng nhất định. Hàmlượng polyphenol trong lá chè già là 9,92% so với hàm lượng polyphenol tổng số trong lá chè non là 27-40% thì thấp hơn đáng kể. Điều này có thể lý giải được bởi vì hàm lượng polyphenol giảm dần theo độ già của lá, hơn nữa thành phần này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện khí hậu, đất đai, điều kiện canh tác, giống…

Đối với hoa hồi và bạc hà, tuy là chưa chọn được điều kiện chiết tối ưu nhưng từ kết quả trên cho thấy hàm lượng polyphenol trong hai nguyên liệu hoa hồi và lá bạc hà là không cao, hơn nữa chế phẩm thô bột polyphenol thu được từ hoa hồi hút ẩm rất mạnh, gây khó khăn cho quá trình nghiên cứu tiếp theo.

Vì tính thực tế cũng như khả thi, chúng tôi chỉ sử dụng lá chè già làm nguyên liệu thu chế phẩm thô bột polyphenol cho quá trình biến tính gelatin từ da cá ngừ đại dương.

KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA CHẾ PHẨM THÔ BỘT POLYPHENOL CHIẾT TỪ LÁ CHÈ GIÀ

Bảng 3.2. Một số đặc tính của chế phẩm thôbột polyphenol chiết từ lá chè già

Dịch chiết từ lá chè già bằng ethanol có hàm lượng chlorophyll cao, và các tạp chất tan trong nước khác như: protein, đường, axit amin, caffeine…vì vậy hàm lượng polyphenol tổng trong chế phẩm bột thô không cao, 54,88%. Tuy nhiên việc thu nhận chế phẩm tinh làm kéo dài thời gian sản xuất, polyphenol dễ bị biến tính, hơn nữa bản chất các tạp chất không ảnh hưởng đáng kể đến quá trình biến tínhgelatin, vì vậy chúng tôi chỉ dừng ở công đoạn thu nhận chế phẩm bột thô. Hàm lượng ẩm thấp 6,85% nên chế phẩm có thể giữ được đặc tính không bị biến đổi trong quá trình thực hiện nghiên cứu.

KHẢO SÁT THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GELATIN TỪ DA CÁ NGỪ ĐẠI DƯƠNG SẢN XUẤT THEO PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP

• • 1. Khảo sát thành phần hóa học

Hai loại gelatin đều có hàm lượng protein đều lớn hơn 90% chứng tỏ gelatin thu được có độ tinh khiết cao. Hàm lượng lipit trong gelatin có qua quá trình khử béo giảm đi đáng kể, tuy nhiên cả hai loại đều cho hàm lượng lớn hơn giới giạn cho phép (<0,1%). Hàm lượng tro và ẩm đáp ứng tiêu chuẩn đối với gelatin ứng dụng trong thực phẩm ( ẩm< 14%; tro <1%)

Tỉ lệ và thành phần của axit amin trong gelatin da cá ngừ đại dương thấp hơn so với gelatin động vật đặc biệt proline vì vậy có nhiệt độ tạo gel thấp và độ bền gel cũng thấp kéo theo (vì liên kết hydro hình thành ít). Tuy nhiên hàm lượng của proline trong da cá ngừ đại dương (10,85%) so với mức trung bình của gelatin da cá (9,6%) thì cao hơn cho nên kết quả đo độ bền gel thu được ở bảng

3.3 cao hơn so với gelatin của một số loại da cá nghiên cứu đã công bố như cá tuyết, cá hồi, cá Pollock Alaska, cá hake có giá trị Bloom từ 70 ÷ 110g.

Bên cạnh đó, hàm lượng Lysine trong gelatin da cá ngừ đại dương (3,21%), cao hơn mức trung bình trong gelatin da cá (2,8%). Do đó, nguyên liệu gelatin từ da cá ngừ đại dương phù hợp cho việc biến tính gelatin bằng cách tạo liên kết ngang thông qua nhóm ε- amin của lysine.

Khảo sát một số tính chất cơ bản

Bảng 3.4. Kết quả xác định một số tính chất cơ bản của gelatin da cá ngừ đại dương

Nhận xét:

Kết quả khảo sát cho thấy hai loại gelatin có độ bền gel ở ngưỡng cao (độ Bloom > 200g), kết quả này tương đồng với các kết quả nghiên cứu trước khi kết luận một vài loại gelatin cá nước ấm có độ Bloom tương đối cao gần với độ Bloom của heo (Gudmundsson và Hafsteinsson, 1997), trong đó đặc biệt là gelatin từ da cá ngừ vây vàng cho giá trị Bloom rất cao, 426g (Cho, Gu và Kim, 2005).

Gelatin có khử béo có độ nhớt thấp hơn và độ bền gel cao hơn so với gelatin không qua quá trình khử béo. Điều này chứng tỏ sự có mặt của lipit đã làm tăng độ nhớt của gelatin nhưng lại làm cản trở sự hình thành các liên kết nội phân tử của chuỗi polypeptide để tạo thành cấu trúc không gian 3 chiều của gel dẫn đến cấu trúc gel kém bền hơn.

Kết luận:

Thành phần hóa học và tính chất của gelatin da cá ngừ đại dương cho kết quả tương đồng với các kết quả đã nghiên cứu về gelatin da cá và các thông số khảo sát nằm trong khoảng cho phép của tiêu chuẩn chất lượng gelatin ứng dụng trong thực phẩm trừ hàm lượng lipit, điều này đòi hỏi cần khảo sát điều kiện khử béo phù hợp với nguyên liệu để cho kết quả tốt hơn.

Tính chất của gelatin có qua quá trình khử béo tốt hơn. Tuy nhiên, do quy trình sản xuất có khử béo kéo dài (4 ngày), trong giới hạn đề tài này chúng tôi chỉ thực hiện trên đối tượng là gelatin không qua quá trình khử béo.

NGHIÊN CỨU ÁNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH TỚI CHẤT LƯỢNG GELATIN SAU BIẾN TÍNH

• • 1. Nghiên cứu xác định nồng độ dịch gelatin nguyên liệu để biến tính

Độ nhớt của gelatin tỉ lệ thuận với nồng độ gelatin. Xét thấy độ nhớt của gelatin tại các nồng độ từ 7% trở lên là khá cao, gây khó khăn cho việc khảo sát sự biến thiên độ nhớt khi thực hiện quá trình biến tính do gần với điểm cực đại của máy đo độ nhớt. Ngược lại, nếu nồng độ gelatin quá thấp, từ thực nghiệm cho thấy quá trình biến tính không hiệu quả. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn cố định nồng độ gelatin 6% cho các khảo sát tiếp theo.

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu quả quá trình biến tính

Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến mức độ biến thiên nhớt của gelatin

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

30oC

40oC

50oC

0 5 10 15 20 25

30

Thời gian (phút)

Mức độ biến thiên độ nhớt

(%)

Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến sự biến thiên độ nhớt của gelatin biến tính

Từ kết quả trên ta thấy:

Trong thời gian đầu, độ nhớt của gelatin tăng dần theo thời gian ở cả 3 mức nhiệt độ, điều này cho thấy đã xảy ra quá trình tạo liên kết ngang giữa các chuỗi polypeptide của gelatin thông qua tác nhân polyphenol làm cho khối lượng phân tử tăng lên cùng sự tăng lên của độ nhớt.

Ở 30⁰C, nhiệt độ thấp, các phân tử chuyển động chậm, độ nhớt của dịch gelatin lại cao, phạm vi tương tác giữa gelatin và polyphenol hạn chế làm tốc độ phản ứng xảy ra chậm, độ nhớt tăng chậm, sau 30 phút phản ứng thực hiện đo nhớt ở cùng mức nhiệt độ 40⁰C cho kết quả tăng nhớt không cao (so với kết quả phản ứng ở 40⁰C ) trong khi ở 30⁰C giá trị nhớt đã tiệm cận với giá trị không đo được của máy. Ngược lại, ở 50⁰C, độ nhớt của gelatin thấp, tốc độ chuyển động của các phân tử nhanh, phản ứng xảy ra nhanh và mạnh trong thời gian đầu làm độ nhớt tăng lên vượt bậc. Tuy nhiên, do nhiệt độ phản ứng cao làm xảy ra đồng thời quá trình phân cắt mạnh protein, phá vỡ cấu trúc gelatin làm độ nhớt giảm nhanh, mất đi khả năng phục hồi tính chất của gelatin ban đầu, gelatin sau khi sấy bị nát.

Ở 40⁰C, tốc độ phản ứng xảy ra vừa phải, độ nhớt tăng gần như tuyến tính, chất lượng của gelatin không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Sau 20 phút phản ứng, độ nhớt đã vượt mức có thể đo được của máy, giá trị nhớt cao nhất có thể đo được ở 15 phút là 190,4 cP (tăng 403,8%). Vì vậy chúng tôi chọn nhiệt độ 40⁰C cho các khảo sát tiếp theo.

Ảnh hưởng của nồng độ polyphenol tới hiệu quả biến tính gelatin

Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ polyphenol đến mức độ biến thiên độ nhớt của gelatin biến tính

Ảnh hưởng của nồng độ polyphenol đến mức dộ biến thiên độ nhớt

400.0

300.0

200.0

5mg 7.5mg

10mg

100.0

0.0

0

Thời gian (phút)

5 10 15 20 25 30

Mức độ biến thiên độ nhớt

(%)

Từ kết quả cho thấy:

Sự thay đổi độ nhớt và mức độ tạo liên kết ngang có sự tương quan tỉ lệ thuận. Liên kết ngang tạo thành càng nhiều làm cho độ nhớt của dung dịch càng tăng.

Với 3 mức hàm lượng pp/gel khảo sát, nồng độ 5mg/g cho độ nhớt của gelatin biến tính tăng trong 20 phút đầu với mức tăng nhớt cao nhất đạt 205,1% sau đó giảm dần, kết quả này tương ứng với mức độ tạo liên kết ngang của gelatin biến tính (hình 3.7). Điều này là do hàm lượng polyphenol bổ sung vào không đủ để phản ứng với nhóm amin của phân tử gelatin làm cho lượng liên kết ngang tạo thành ít. Khi các phân tử polyphenol đã tham gia liên kết hết, nếu kéo dài thời gian phản ứng, quá trình tạo liên kết ngang dừng lại nhưng quá trình làm yếu, phân cắt mạch protein dưới tác động của nhiệt độ vẫn tiếp tục, từ đó làm giảm độ nhớt của gelatin.

Ảnh hưởng của nồng độ polyphenol đến mức độ tạo liên kết ngang

30

25

20

15

10

5

5mg

7.5mg

10mg

0

0

5

10

15

20

25

Thời gian (phút)

30

Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ polyphenol đến mức độ tạo liên kết ngang của gelatin biến tính

Mức độ tạo liên kết ngang (%)

Ở hai mức nồng độ 7,5 mg/g; 10mg/g, mức tăng nhớt và liên kết ngang của gelatin biến tính tăng theo thời gian phản ứng. Mức độ tăng ở nồng độ 7,5 mg/g chậm hơn và chậm dần về cuối với mức tăng nhớt cao nhất đo ở 30 phút là 340,1%. Tuy nhiên chỉ xác định được mức tạo liên kết ngang ở phút thứ 20 là 27,88% vì sau đó gelatin biến tính thu được hòa tan không hoàn toàn nên không thể đo được (hình 3.7). Nồng độ 10mg/g cho mức tăng độ nhớt cao nhất 368,9% trong 15 phút đầu và mức tạo liên kết ngang sau 10 phút là 22,94%. Sau đó thì nhớt quánh không thể đo được.

Khả năng hòa tan của gelatin biến tính giảm dần theo mức độ tăng nhớt của dung dịch gelatin biến tính. Khi độ nhớt vượt giá trị cực đại của máy đo độ nhớt, gelatin biến tính thu được sau sấy mất khả năng hòa tan. Điều này có thể được giải thích như sau:

Với mức nồng độ polyphenol cao hơn, mật độ tác nhân dày nên khả năng tiếp xúc với cơ chất nhiều hơn, dễ dàng hình thành các liên

kết ngang làm tăng khối lượng phân tử, từ đó độ nhớt tăng nhanh. Tuy nhiên, bên cạnh các liên kết thông qua tác nhân biến tính polyphenol còn xuất hiện thêm các nhóm phản ứng khác nhất là nhóm kỵ nước. Các protein có khối lượng phân tử lớn và có tỷ lệ phần trăm axit amin kỵ nước cao (bảng 3.3) khi ở nhiệt độ cao, các tương tác ưa béo sẽ thuận lợi, điều này có thể xem như gelatin hình thành gel ngay tại nhiệt độ phản ứng. Gel được củng cố bởi các liên kết này có mạng lưới chắc, cấu trúc xoắn bền, chặt chẽ. Hơn nữa, trong quá trình sấy, nồng độ của polyphenol và gelatin tăng lên, quá trình biến tính vẫn tiếp tục diễn ra cho đến khi ẩm được bốc đi hoàn toàn làm gia tăng các liên kết. Cho nên sau sấy, khi hòa tan trở lại, lực tương tác với nước không thắng được tương tác giữa các chuỗi polypeptide cho nên các phân tử nước không thể khuếch tán vào bên trong, không phá vỡ được các liên kết nên gelatin biến tính mất dần khả năng hòa tan. Vì vậy không thể đo được mức độ tạo liên kết ngang cũng như tạo gel. Qua kết quả thực nghiệm với nhiều phép lặp, chúng tôi rút ra kết luận rằng, những mẫu gelatin biến tính có độ nhớt đạt được khi phản ứng từ 180 cP trở lên khả năng hòa tan giảm rõ rệt.

Gelatin sau khi biến tính đem đo độ Bloom kết quả trình bày ở bảng 3.8

Bảng 3.8. Trạng thái của dung dịch gelatin sau khi biến tính ở 6,67% và kết quả đo Bloom

Nhận xét:

Gelatin biến tính sau khi hòa tan trở lại mất khả năng tạo gel nên không xác định được độ bloom.

Khi độ nhớt của dung dịch biến tính chưa quá cao (<180 cP), gelatin biến tính sau khi sấy vẫn giữ được tính tan, tuy nhiên không hình thành được cấu trúc gel khi làm lạnh mà chỉ tồn tại ở trạng thái lỏng nhớt. Nguyên nhân có thể do trong quá trình biến tính, cùng với sự hình thành các liên kết ngang là sự tăng lên về khối lượng và mức độ cồng kềnh của phân tử gelatin, các chuỗi polypeptide cuộn lại

hình thành thêm các liên kết nội phân tử làm cho nó mất khả năng duỗi mạch khi hòa tan trở lại, từ đó không thể hình thành các liên kết liên phân tử giữa các mạch để tạo cấu trúc mạng không gian 3 chiều của gel. Mặc khác chịu tác động nhiệt của nhiều quá trình (hòa tan, sấy, phản ứng) nhiều lần cũng góp phần ảnh hưởng đến tính chất tạo gel của gelatin.

Khi độ nhớt của dung dịch biến tính tăng vượt bậc (>180 cP), khả năng hòa tan của gelatin sau khi sấy giảm rõ rệt. Dung dịch tan không hoàn toàn cho kết quả “đặc sánh” (không tạo thành dạng khối của gel) khi đo Bloom.

Kết luận: Nồng độ 5 mg/g cho hiệu quả biến tính thấp. Nồng độ 7,5 mg/g hiệu quả biến tính tương đương với 10 mg/g nhưng đòi hỏi thời gian phản ứng kéo dài gấp đôi. Vì vậy chúng tôi chọn tỉ lệ pp/gel là 10 mg/g cho các khảo sát tiếp theo.

Quá trình biến tính gelatin bằng hợp chất polyphenol chiết từ lá chè cho hiệu quả tăng nhớt trong quá trình biến tính, giảm khả năng thấm nước, thấm khí, tuy nhiên không cải thiện được độ bền gel. Độ nhớt, độ thấm nước là một trong những chỉ tiêu chất lượng quan trọng và được ứng dụng nhiều của gelatin. Theo Johnston (1983), gelatin có độ nhớt cao sẽ có giá trị kinh tế cao hơn.Với đặc điểm đó, chúng tôi tiếp tục thực hiện khảo sát ảnh hưởng của nồng độ gelatin ban đầu đến hiệu quả tăng nhớt trong quá trình biến tính.

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ gelatin ban đầu đến hiệu quả tăng nhớt trong quá trình biến tính

Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến hiệu quả biến tính gelatin

Ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến hiệu quả

500.0 biến tính

400.0

300.0

200.0

5

%

6

%

100.0

0.0

0

5

Thời gian (phút)

10 15 20

Mức độ biến thiên độ nhớt (%)

Nhận xét:

Nồng độ gelatin 5% cho hiệu quả biến tính thấp, độ nhớt tăng chậm, cao nhất là 31,5% sau 20 phút. Ở nồng độ 6%, 7%, 8% quá trình biến tính cho độ nhớt tăng nhanh, nồng độ càng cao thì thời gian phản ứng càng ngắn để thu được cùng một dung dịch có độ nhớt cao, không thể đo được với cùng tốc độ vòng quay, với 6% là 20 phút, 7% là 15 phút và 8% là nhỏ hơn 5 phút.

Kết quả này cho thấy ở nồng độ gelatin thấp (5%), mật độ cơ chất cho phản ứng thấp, các phân tử cách xa nhau nên khả năng tạo liên kết bị hạn chế dẫn đến độ nhớt tăng chậm. Ở nồng độ gelatin cao, cơ chất và tác nhân tiếp xúc dễ dàng dẫn đến các liên kết hình thành nhanh, độ nhớt tăng vượt bậc, cao nhất có thể đo được là 402,1% với nồng độ gelatin 6% sau 15 phút. Với nồng độ 8%, độ nhớt nguyên liệu ở mức cao nên quá trình biến tính hầu như không có ý nghĩa. Từ các kết quả trên cho thấy để thu được gelatin biến tính có độ nhớt cao, có khả năng hòa tan trở lại sau khi sấy, đồng thời có

thời gian phản ứng ngắn, chúng tôi lựa chọn điều kiện biến tính tối ưu như sau:

• Nồng độ gelatin ban đầu là 7%
• Nồng độ pp/gel: 10mg/g
• Nhiệt độ phản ứng: 40⁰C
• Thời gian phản ứng: 5 phút

ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ BIẾN TÍNH GELATIN CẢI THIỆN ĐỘ NHỚT

• 1. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TẠO MÀNG CỦA GELATIN BIẾN TÍNH

Bảng 3.10. Kết quả đo màng gelatin ở nồng độ 3%

Nhận xét:

Ở cùng một chiều dày, mẫu gelatin biến tính đem sấy hòa tan trở lại có độ bền kéo (TS) thấp hơn so với mẫu gelatin chưa biến tính, mẫu hòa tan ngay sau biến tính có giá trị TS cao hơn.

Giá trị độ giãn đứt (EAB) không có sự khác biệt lớn. Hai mẫu G, G75 có cùng giá trị 1,11 mm; mẫu G710 cao hơn (1,24 mm).

Kết quả này cho thấy quá trình biến tính đã làm tăng độ bền cơ học của màng gelatin. Màng biến tính hòa tan trực tiếp không qua quá trình sấy có giá trị ứng suất kéo cao hơn (tăng 38,2%) và độ giãn

dài tăng 11,5% so với màng tạo thành từ gelatin không qua biến tính chứng tỏ quá trình biến tính với sự tạo thành các liên kết ngang nhờ tác nhân biến tính polyphenol từ lá chè già đã giúp cho các chuỗi polypeptide liên kết với nhau chặt chẽ hơn, làm tăng độ bền kéo, mặc khác sự linh động của các cầu nối cũng giúp cho màng gelatin dai hơn, độ giãn dài tăng. Tuy nhiên màng gelatin biến tính qua sấy lại có giá trị TS giảm nhẹ nguyên nhân có thể do một số biến đổi xảy ra trong quá trình sấy, đồng thời quá trình sấy và hòa tan nhiều lần làm giảm tính chất của gelatin.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Qua kết quả khảo sát thu được trong quá trình nghiên cứu chúng tôi đưa ra một số kết luận sau:

1. Đã xác định hàm lượng polyphenol tổng số trong một số dịch chiết tự nhiên.

• Hoa hồi: 1,93%
• Lá bạc hà: 0,64%.
• Lá chè già: 9,92%.

1. Đã xác định một số đặc tính của chế phẩm bột thô polyphenol chiết từ lá chè già

• Cảm quan: Bột mịn, màu vàng nâu.
• Hàm lượng polyphenol: 54,88%.

 Độ ẩm: 6,85%

1. Đã xác định được thành phần hóa học và tính chất của gelatin từ da cá ngừ đại dương sản xuất theo phương pháp kết hợp có và không có quá trình khử béo: tỉ lệ thành phần hóa học nằm trong khoảng cho phép của tiêu chuẩn chất lượng gelatin ứng dụng trong thực phẩm, hàm lượng lipit sau khử béo giảm đáng kể (0,9% xuống còn 0,15%); gelatin có khử béo có độ bền gel cao hơn, độ nhớt thấp hơn; hàm lượng Lysine cao (3,21%), phù hợp cho việc biến tính gelatin bằng cách tạo liên kết ngang thông qua nhóm ε-amin của lysine.
2. Đã khảo sát được hiệu quả biến tính gelatin bằng bột thô polyphenol chiết từ lá chè già: quá trình biến tính cho hiệu quả tăng nhớt, tăng mức độ liên kết ngang, thay đổi khả năng thấm khí, thấm nước, không tăng độ bền gel.
3. Đã chọn được thông số kỹ thuật tối ưu cho quá trình biến

tính gelatin cho hiệu quả tăng nhớt cao nhất

• Nồng độ gelatin ban đầu là 7%
• Nồng độ pp/gel: 10mg/g
• Nhiệt độ phản ứng: 40⁰C
• Thời gian phản ứng: 5 phút

1. Đã đề xuất quy trình công nghệ biến tính gelatin cải thiện độ

nhớt

1. Đã khảo sát khả năng tạo màng của gelatin biến tính và so

sánh tính chất với màng gelatin chưa biến tính

• Màng gelatin biến tính qua quá trình sấy hòa tan trở lại cho độ bền kéo giảm, độ giãn đứt không đổi.
• Màng gelatin biến tính hòa tan trực tiếp cho độ bền kéo tăng, độ giãn đứt tăng.

Kiến nghị

1. Nghiên cứu biến tính gelatin da cá ngừ đại dương bằng hợp chất polyphenol chiết từ các loại thảo mộc khác.
2. Tối ưu hóa điều kiện biến tính gelatin da cá ngừ đại dương cho hiệu quả tăng nhớt cao nhất
3. Nghiên cứu quy trình trích ly và biến tính gelatin liên tục để rút ngắn thời gian sản xuất, tiết kiệm năng lượng và giữ được tính chất gelatin ít bị biến đổi qua nhiều lần sấy.
4. Khảo sát thêm một số tính chất của màng gelatin biến tính: độ thấm nước,…
5. Nghiên cứu phối hợp gelatin với phụ gia khác để cải thiện tính chất màng gelatin biến tính

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\CONG NGHE THUC PHAM\CONG NGHE THUC PHAM\LE THY XUAN THU