Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản khá đầy đủ của tài liệu tại đây ( 2.01 MB, 128 trang )
CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN
Hình 2.8 Tỉ lệ nguyên liệu dùng sản xuất gelatin năm 2006 [77]
Với:
Da heo – 144300 tấn
Da bò chưa thuộc – 89500 tấn
Xương – 76300 tấn
Loại khác – 4900 tấn
2.2.
NGUYÊN TẮC SẢN XUẤT GELATIN [35, 54, 63, 72, 76, 77, 82]
Gelatin được sản xuất từ những nguyên liệu giàu collagen. Thông qua các quá trình
xử lý (bằng acid, kiềm, hoặc enzym kết hợp với nhiệt độ) các liên kết ngang trong sợi
collagen bị phân cách thành từng phần nhỏ, sau đó là sự duỗi thẳng mạch giúp tạo thành
gelatin hòa tan. Quá trình thủy phân sẽ tạo ra:
3 chuỗi alpha tự do.
1 chuỗi beta và 1 chuỗi alpha độc lập.
1 chuỗi gamma.
Sự khác biệt giữa các chuỗi alpha, beta và gama là trọng lượng phân tử của chúng.
Chuỗi
alpha=80000 ÷ 125000đvC,
chuỗi
beta=160000 ÷ 250000đvC,
chuỗi
gamma=240000 ÷ 375000đvC.
2.3.
SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC TỪ COLLAGEN SANG GELATIN [35, 54,
63, 72, 76, 77, 82]
13
CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN
Một trong những thay đổi đáng chú ý từ collagen sang gelatin là sự thủy phân nhóm
amide của asparagine và glutamine. Sự chuyển đổi này làm tăng các phần acid aspartic và
glutamic trong gelatin (H.2.2). Trong quá trình sản xuất gelatin từ da heo (gelatin loại A)
thì da heo được xử lý trong môi trường acid loãng và thời gian ngắn do đó mà chỉ có một
lượng nhỏ nhóm amid bị loại bỏ cùng với sự tăng nhẹ lượng acid. Gelatin loại B được sản
xuất qua quá trình xử lý kiềm khắc nghiệt hơn và thời gian tiến hành cũng dài hơn do đó
mà quá trình thủy phân nhóm amide của asparagine và glutamine trở nên triệt để hơn.
Chính điều này giải thích sự khác biệt về điểm đẳng điện của gelatin loại A và gelatin loại
B.
Hình 2.9 Sự thuỷ phân nhóm amid của collagen trong quá trình
sang gelatin [72]
chuyển
Quá trình xử lý bằng kiềm cũng sẽ dẫn đến sự chuyển đổi arginine thành ornithine,
điều này xảy ra khi nhóm urea bị loại khỏi arginine. Tuy nhiên, phản ứng này xảy ra khá
chậm, với quá trình xử lý kiềm kéo dài từ 8 ÷ 10 tuần chỉ có khoảng 3% arginine bị
chuyển đổi. Ngoài ra, một vài chuỗi acid amin cũng bị loại bỏ trong quá trình phân tách
các mối liên kết của collagen dẫn đến những thành phần như: isoleucine, serine, tyrosine
trong gelatin có hàm lượng thấp hơn trong collagen.
Bảng 2.2 Thành phần amino acid của collagen và gelatin (phần/1000) [54]
Amino acid
Collagen loại I
Gelatin loại A
Gelatin loại B
Alanine
114
112
117
Arginine
51
49
48
14
CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN
Aspargine
16
16
Aspartic acid
29
29
46
Glutamine
48
48
Glutamic acid
25
25
72
Glycine
332
330
335
Histidine
4
4
4
4-Hydroxylproline
ε -Hydroxylysine
104
91
93
5
6
4
Isoleucine
11
10
11
Leucine
24
24
24
Lysine
28
27
28
Methionine
6
4
4
Phenylalanine
13
14
14
Proline
115
132
124
Serine
35
35
33
Threonine
17
18
18
Tyrosine
4
3
1
Valine
22
26
22
2.4.
PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN TRONG CÔNG NGHIỆP [35,
54, 63, 72, 76, 77, 82]
Hiện nay có hai quy trình khác nhau được sử dụng để sản xuất gelatin theo quy mô
công nghiệp, hai quy trình này khác nhau về phương thức sử dụng để phân tách mối liên
kết collagen. Quy trình được sử dụng sẽ ảnh hưởng đến những đặc tính chính của sản
phẩm gelatin thu được. Nhìn chung quá trình sản xuất gelatin sẽ bao gồm các bước cơ bản
sau:
Tiền xử lý nguyên liệu thô.
Trích ly.
Tinh sạch.
Cô đặc.
15
CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN
Sấy.
Nghiền, sàng, trộn.
2.4.1.
Tiền xử lý nguyên liệu thô.
Quá trình tiền xử lý sẽ giúp chuyển đổi collagen thành dạng thích hợp cho quá trình
trích ly. Quá trình này giúp tạo hiệu quả cho việc bẻ gãy các liên kết ngang cộng hoá trị
của collagen để giải phóng ra những chuỗi alpha tự do, đồng thời giúp loại bỏ các thành
phần hữu cơ khác như máu, đường, chất nhầy…. có trong nguyên liệu. Hiệu quả của quá
trình xử lý collagen liên quan đến tỷ lệ liên kết ngang có trong nguyên liệu. Quá trình xử
lý bằng acid ít có tác động đến các liên kết trong collagen hơn so với dùng phương pháp
kiềm nên thường được dùng cho da heo hay ossein- các loại collagen còn trẻ, chưa trưởng
thành. Dựa vào phương pháp tiền xử lý này mà người ta phân loại gelatin thành 2 loại:
gelatin loại A (dùng phương pháp acid), gelatin loại B (dùng phương pháp kiềm)
Quá trình xử lý bằng acid:
Heo thường được giết mổ ở độ tuổi tương đối trẻ (khác với nhiều loại gia súc khác)
do đó ở da heo mức độ liên kết ngang chưa cao và da heo được xem là nguyên liệu thích
hợp nhất để áp dụng phương pháp xử lý bằng acid. Acid sulfuric và acid clohydric thường
được dùng, ngoài ra còn kết hợp với acid photphoric nhằm làm chậm quá trình tạo màu.
Ưu điểm của phương pháp acid là thời gian xử lý nhanh.
Tiến hành: nguyên liệu sau khi xử lý sạch được đem ngâm vào dung dịch acid nồng
độ không quá 5%. Giá trị pH nằm trong khoảng 3,5 ÷ 4,5, nhiệt độ tối thích là 15oC. Quá
trình xử lý bằng acid sẽ ngừng lại khi nguyên liệu đã được acid hoá hoàn toàn hay trương
nở tối đa. Sau đó lượng acid dư được tháo bỏ và nguyên liệu được đem rửa bằng nước
lạnh.
Ossein cũng có thể được sử dụng theo phương pháp này nhưng ít phổ biến.
Quá trình xử lý bằng kiềm.
Quá trình xử lí bằng kiềm thường được dùng cho da bò, ossein. Nguyên liệu được
ngâm trong dung dịch kiềm trong vài tuần ở nhiệt độ môi trường. Vôi là tác nhân phổ
biến nhất, khá yếu, không làm tổn thất nguyên liệu vì quá trình thuỷ phân quá mạnh. Tuy
nhiên, phản ứng xảy ra chậm, kéo dài đến 8 tuần hay hơn mới kết thúc. Hỗn hợp gồm 3%
vôi với lượng ít CaCl2 hay NaOH sẽ cho kết quả tốt hơn. Nếu dùng NaOH thì quá trình xử
lí sẽ kéo dài khoảng 10 ÷ 14 ngày. Quá trình này giúp làm phá vỡ các liên kết ngang trong
16
CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN
collagen và hình thành nên collagen tan được trong nước, đồng thời loại bỏ tạp chất giúp
quá trình trích ly được thuận lợi hơn.
2.4.2.
Quá trình trích ly.
Dùng nước ấm trích ly nhằm rửa sạch các chất hoá học đã dùng trong quá trình tiền
xử lý và tiếp tục làm đứt hẳn các liên kết trong nguyên liệu, hình thành các phân tử
gelatin.
Thông thường nhiệt độ trích ly khoảng 55 ÷ 900C, có thể trích ly nhiều lần để tăng
hiệu suất trích ly nhưng không được quá nhiều lần vì sẽ làm giảm chất lượng của gelatin
(thường từ 2 ÷ 4 lần, thời gian lần trích ly sau dài hơn lần trích ly trước).
2.4.3.
Quá trình tinh sạch.
Dịch trích ly được lọc qua cát lọc để tách huyền phù (lipid, sợi collagen chưa thuỷ
phân) sau đó qua cột trao đổi ion hay lọc tinh để tách muối vô cơ và chỉnh pH về 5 ÷ 5,8.
2.4.4.
Quá trình cô đặc.
Thiết bị thường dùng là thiết bị cô đặc dạng màng rơi, nên thực hiện trong điều kiện
chân không với nhiệt độ vừa đủ để tránh hiện tượng thoái hóa hoặc thay đổi tính chất vật
lý của gelatin. Nồng độ sau cô đặc đạt từ 25 ÷ 45% phụ thuộc bản chất nguyên liệu và quá
trình trích ly. Dung dịch sau cô đặc có độ nhớt cao được đưa qua lưới lọc để khử sạch lại.
2.4.5.
Quá trình sấy.
Trước khi sấy, dung dịch gelatin đã được cô đặc sẽ đem tiệt trùng nhanh ở 140 0C rồi
làm lạnh nhanh tạo dạng gel. Gel gelatin được đưa qua thiết bị sấy liên tục sử dụng không
khí nóng 32 ÷ 600C (nhiệt độ không khí được giữ ổn định) rồi tạo hình theo yêu cầu.
Ngoài ra, có thể dùng phương pháp sấy phun nhằm tránh thay đổi tính chất của
gelatin.
17
CHƯƠNG 3. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA GELATIN
CHÖÔNG 3. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA GELATIN
Khi gelatin được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, các đặc tính
kỹ thuật của gelatin là yếu tố được quan tâm hàng đầu. Các đặc tính này ảnh hưởng tới
chất lượng sản phẩm, khả năng ứng dụng của gelatin vào các loại sản phẩm khác nhau. Vì
vậy cần phải nghiên cứu đầy đủ, sâu sắc các đặc tính kỹ thuật của gelatin nhằm nâng cao
khả năng ứng dụng của gelatin.
3.1.
ĐIỂM ĐẲNG ĐIỆN [35, 37, 54, 63, 83]
Điểm đẳng điện (IEP) của hệ khuếch tán được định nghĩa là giá trị pH của môi
trường mà tại đó các hạt phân tán không chuyển động trong điện trường.
Giống như các loại protein khác, gelatin có thể xem là acid hay base, điều này phụ
thuộc vào giá trị pH (H.3.1). Trong dung dịch acid, gelatin mang tính dương, còn trong
dung dịch base, gelatin mang tính âm. Tại điểm trung gian, khi gelatin không chuyển
động trong điện trường thì xem là điểm đẳng điện.
Hình 3.10 Đặc
tính lưỡng tính
của gelatin trong
dung dịch [83]
Điểm đẳng
điện của dung
dịch gelatin phụ
thuộc vào:
+ Nguồn nguyên liệu: gelatin có nguồn gốc từ ossein thì IEP trong khoảng 6,5 ÷ 7,5;
từ da heo thì IEP trong khoảng 7,5 ÷ 9,0.
+ Phươnng pháp sản xuất: gelatin được sản xuất bằng phương pháp acid có IEP
trong khoảng 6,5 ÷ 9,0. Gelatin được sản xuất bằng phương pháp kiềm có IEP trong
khoảng 4,8 ÷ 5,2. Sự khác nhau này là do các phản ứng làm phá vỡ các liên kết trong quá
trình sản xuất. Quá trình xử lí bằng kiềm đã cắt đứt hầu hết các liên kết và chỉ còn một tỉ
lệ nhỏ các nhóm amin.
18
CHƯƠNG 3. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA GELATIN
Giá trị IEP và sự phân bố khối lượng phân tử sẽ có ảnh hưởng đến độ nhớt, độ bền
gel của dung dịch gelatin… và từ đó quyết định đến khả năng ứng dụng của gelatin trong
các lĩnh vực khác nhau.
3.2.
SỰ PHÂN BỐ KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CỦA GELATIN [35, 54, 63, 72,
77, 82, 83]
Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin có thể được xác định bằng phương pháp
sắc ký lọc gel (GPC), điện di gel polyacrymide và sắc ký lỏng cao áp (HPLC).
Sự phân bố khối lượng của gelatin liên quan tới chuỗi α và các oligomer của nó bắt
nguồn từ việc bẻ gãy các mối liên kết của collagen (B.3.1).
Bảng 3.3 Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin [72]
Phân đoạn phân tử
Các đặc điểm chính
Q
Có khối lượng phân tử rất lớn, 15 ÷ 20×106 dalton.
Là các chuỗi oligomer của chuỗi α (thường từ 5 ÷ 8
1-4
chuỗi).
X
γ
Là oligomer của 4 chuỗi α .
285000 dalton (3 chuỗi α ).
β
190000 dalton (2 chuỗi α ).
α
95000 dalton.
A-peptide
86000 dalton.
Trong gelatin các chuỗi α, β luôn chiếm một tỷ lệ lớn. Ngoài ra gelatin cũng chứa
các tổ hợp phân tử có khối lượng tới 10 triệu và các chuỗi polypeptide có khối lượng phân
tử nhỏ hơn 80000 (H.3.2).
Việc xác định những phân đoạn này sẽ giúp hiểu rõ hơn về độ mạnh của gel, độ nhớt
cũng như việc đảm bảo chất lượng gelatin được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau.
Phân đoạn α, β và các phần có khối lượng phân tử lớn hơn sẽ góp phần nâng cao độ
nhớt, độ mạnh của gel và điều ngược lại có liên quan đến hàm lượng các đơn vị dưới α .
19
