Đồ án Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm

Nội dung text: Đồ án Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM   ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (MSMH: 603136) ĐỀ TÀI TỔNG QUAN ỨNG DỤNG COLLAGEN TRONG THỰC PHẨM SVTH: NGUYỄN HOÀNG PHONG MSSV: 60701792 Lớp: HC07TP2 Ngành: Công nghệ thực phẩm GVHD: TS. NGUYỄN HOÀNG DŨNG Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2011
2. Đại Học Quốc Gia TP .HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại học Bách Khoa Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Khoa Kỹ Thuât Hóa Học // Bộ Môn Công Nghệ Thưc Phẩm ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (MÃ SỐ: 603136) Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HOÀNG PHONG Mã số sinh viên: 60701792 1. Đầu đề đồ án Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm . 2. Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu) Tổng quan tai liệu về ứng dụng collagen trong thực phẩm . 3. Nội dung các phần Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN 1.1 Giới thiệu sơ lược về collagen 1.2 Thanh phần va cấu trúc 1.3 Phân loại 1.4 Tính chất 1.5 Thu nhận collagen 1.6 Ứng dụngủa c collagen Chương 2 - ỨNG DỤNG COLLAGEN TRONG THỰC PHẨM 2.1 Collagen bột 2.2 Ứng dụng collagen trong chế biến các sản phẩm thức uông 2.3 Ứng dụng collagen trong chế biến các sản phẩm từ sữa 2.4 Ứng dụng collagen trong chế biến thịt va thuy sản 2.5 Collagen đươc ứng d ụng trong nhiều sản phẩm khác nhau có tác dụngtôt cho xương 4. Các bản vẽ và đồ thị: không 5. Ngày giao đồ án: ngày 01 tháng 03 năm 2011. 6. Ngày hoàn thành đồ án: ngày 31 tháng 05 năm 2011. Ngày tháng năm 2011 Ngày tháng năm 2011 Chủ nhiệm bộ môn Người hướng dẫn Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm ii
3. NHẬN XÉT CUA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm iii
4. NHẬN XÉT CUA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm iv
5. Muc luc MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ix LỜI MỞ ĐẦU x Chương 1 TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN 1 1.1 Giới thiệu sơ lược về collagen 2 1.2 Thanh phần av cấu trúc 3 1.2.1 Cấu trúc phân tử collagen 4 1.2.2 Thành phần hóa học của collagen 6 1.3 Phân loại 9 1.4 Tính chất 11 1.4.1 Độ tinh sạch của collagen 11 1.4.2 Thành phần cấu trúc và khối lượng phân tử 12 1.4.3 Nhiệt độ biến tính 14 1.4.4 Thành phần amino acid 17 1.4.5 Khả năng trương nở, hòa tan 18 1.4.6 Điểm đẳng điện (pI) 19 1.5 Thu nhận collagen 20 1.5.1 Sự phá vỡ tế bào 20 1.5.2 Phương pháp tinh sạch collagen 21 1.5.3 Làm khô và bảo quản chế phẩm collagen 22 1.5.4 Sử dụng CO2 siêu tới hạn trong tinh sạch collagen 22 1.6 Ứng dụng của collagen 26 1.6.1 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. 26 1.6.2 Ứng dụng trong y học và dược phẩm 28 1.6.3 Ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm 30 Chương 2 ỨNG DỤNG COLLAGEN TRONG THỰC PHẨM 31 2.1 Collagen bột 32 2.1.1 Nguyên liệu 32 2.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất collagen bột 32 2.1.3 Sản phẩm collagen bột tinh sạch 36 2.2 Ứng dụng collagen trong chế biến các sản phẩm thứcô u ng 37 2.2.1 Ứng dụng collagena v o các sản phẩm thứcô u ng (tra, ca phê) nhằm bổ sung thêm lương protein cho cơ thê 37 2.2.2 Ứng dụng collagena l m trong các sản phẩm thứcô u ng có cồn 39 2.3 Ứng dụng collagen trong chế biến các sản phẩm từ sữa 43 2.4 Ứng dụng collagen trong chế biến thịt av thuy sản 49 2.4.1 Những ứng dụng phổê bi n cua collagen trong nganh chê biên thịt – thuy sản 49 2.4.2 Ứng dụng collagen trong sản xuất vỏo b c sản phẩm thịtê ch biên 51 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm v
6. Muc luc 2.4.3 Ứng dụng collagen trong ức chê sự oxy hóa chất béo trong sản phẩm thịt chê biên 54 2.4.4 Tăng hiệu suất nấua v chông mất nươc cho sản phẩm nhơ collagen 62 2.4.5 Collagen thay thế một phần nguyên liệu trong sản phẩm thịt chê biên 66 2.5 Collagen đươc ứng dụng trong nhiều sản phẩm khác nhau có tác dụng tôt cho xương 78 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm vi
7. Danh muc bảng DANH MỤC BẢNG Bảng 1.2.1- Phân loại protein theo chức năng của chúng trong cơ thể 4 Bảng 1.2.2 – So sánh thành phần amino acid của một số loại protein (gam amino acid/100 gam protein) [7, 12, 28] 6 Bảng 1.2.3 - Thành phần amino acid của collagen vảy cá Rohu và cá Catla (số gốc amino acid trên tổng số 1000 gốc amino acid) [23] 7 Bảng 1.2.4 – Sự khác nhau về hàm lượng hydroxyproline và nhiệt độ biến tính của collagen từ các nguồn thu nhận khác nhau [23] 8 Bảng 1.3.1 – Phân loại collagen [27] 9 Bảng 1.4.1 - Kết quả phân tích thành phần nguyên liệu da, xương cá chỉ vàng và collagen trích chiết được [24] 11 Bảng 1.4.2 - Thành phần amino acid của dung dịch collagen da cá nóc [18] 17 Bảng 1.4.3 -Thành phần amino acid của dung dịch collagen da và xương cá chỉ vàng chiết bằng pepsin [24] 17 Bảng 2.1.1 – Các chi tiêu hóa lýa v vi sinh cua collagen thu nhận từơ l n [11] 36 Bảng 2.3.1 – Kêt quả đánh giá tính tính ổn đ ịnh khi bảo quản cua sản phẩm trong thí nghiệm 1 [21] 46 Bảng 2.3.2 - Kêt quả đánh giá hương vị sản phẩm trong thí nghiệm 1 [21] 46 Bảng 2.4.1 - Thông tin ky thuật c ủa Code 10 [17] 53 Bảng 2.4.2 - Thông tin ky thu ật của Code V [17] 53 Bảng 2.4.3 - Thành phần hóa học của xúc xích Wiener va xuc xich gan trong nghiên cứu [14] 58 Bảng 2.4.4 – Kêt quả phân tích sản phẩm [14] 59 Bảng 2.4.5 - Kêt quả phân tích thành ph ần xúc xích với những hà m lượng collagen khác nhau [9] 64 Bảng 2.4.6 - Kêt quả phân tích gần đúng thành phần jambon với những hàm lượng collagen khác nhau [9] 64 Bảng 2.4.7 – Thanh phần công thúc xúc xích Bologna dạng thô [1] 68 Bảng 2.4.8 - Thanh phần công thúc xúc xích Bologna dạng mịn [1] 68 Bảng 2.4.11 - Tính chất sản phẩm xúc xích Bologna dạng thô đã đươc bổ sung collagen vơi các ham lương khác nhau [1] 68 Bảng 2.4.10 –Các thông sô bị ảnh hươ ng bơi ham lương collagen bổ sung trên sản phẩm xúc xích Bologna dạng nhũ tương mịn [1] 70 Bảng 2.4.11 - Các thông sô bị ảnh hương bơi ham lương collagen bổ sung trên nguyên liệu xúc xích Bologna dạng nhũ tương mịn [1] 70 Bảng 2.4.14 - Công thức chê biên xúc xích [10] 71 Bảng 2.4.15 –Phân tích thanh phần hóa hoc cua xúc xícha v collagen [10] 72 Bảng 2.4.16 – Các thông sô bị ảnh hương bơi ham lương collagen bổ sung av thơi gian lưu trữ sản phẩm [10] 73 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm vii
8. Danh muc bảng Bảng 2.4.17 – Kêt quả phân tícha m u sắc nguyên liệua v sản phẩm theo ham lương collagen bổ sung [10] 75 Bảng 2.4.18 - Kêt quả phân tícha m u sắc nguyên liệua v sản phẩm 76 Bảng 2.4.19 - Kêt quả phân tích cảm quan sản phẩm [10] 77 Bảng 2.5.1 – Kêt quả so sánh hoạt tính chông tái hấp thu xương cua các phân đoạn collagen [30] 81 Bảng 2.5.2 – Thanh phần viên nén collagen kêt hơp canxi va vitamin D 3 [30] 81 Bảng 2.5.3 - Thanh phần sản phẩm thứcô u ng có bổ sung collagen [30] 82 Bảng 2.5.4 - Thanh phần sản phẩm bánh cracker có bổ sung collagen [30] 82 Bảng 2.5.5 - Thanh phần sản phẩm jelly có bổ sung collagen [30] 82 Bảng 2.5.6 - Thanh phần sản phẩm phô mai chê biên có bổ sung collagen [30] 83 Bảng 2.5.7 - Thanh phần sản phẩm yaourt có bổ sung collagen [30] 83 Bảng 2.5.8 - Thanh phần sản phẩm sữa bột có bổ sung collagen [30] 83 Bảng 2.5.9 - Thanh phần sản phẩm thức ăn cho chó có bổ sung collagen [30] 83 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm viii
9. Danh muc hình DANH MỤC HÌNH Hình 1.2.1 – Chuỗi xoắn collagen gồm 3 dây xoắn chặt 4 Hình 1.2.2 – Từng bậc cấu tạo trong phân tử collagen [8] 5 Hình 1.2.3 – Cấu trúc sơi collagen [22] 5 Hình 1.4.1 - Đồ thị đường chuẩn biểu thị mối tương quan giữa diện tích peak và hàm lượng acid amin [31] 12 Hình 1.4.2 – Phân tích điện di SDS–PAGE collagen từ da (S) và xương (B) của cá chỉ vàng dưới điều kiện khử và không khứ 13 Hình 1.4.3 - Sắc kí điện di SDS-PAGE collagen loại I của da heo và collagen da cá 14 Hình 1.4.4 – Đường cong biến tính nhiệt của collagen, gelatin và collagen thủy phân [34] 15 Hình 1.4.5 -Biểu đồ sự phụ thuộc độ nhớt theo nhiệt độ [20] 16 Hình 1.4.6 – Sự thay đổi độ nhớt của dung dịch collagen (trong acid acetic) từ da và xương cá chỉ vàng theo nhiệt độ [24] 16 Hình 1.4.7 – Sự thay đổi độ nhớt tương đối (%) của collagen da và xương cá chỉ vàng theo pH [24] 19 Hình 1.4.8 - Sự thay đổi độ nhớt tương đối (%) của collagen da và xương cá chỉ vàng theo nồng độ NaCl [24] 19 Hình 1.5.1 - Quy trình tách chiết collagen 20 Hình 1.5.2 – Giản đồ pha cua CO 2 24 Hình 1.5.3 – Sơ đồ quy trình tách chiết bằng CO2 siêu tới hạn 25 Hình 1.6.1 - Sản phẩm phomat có chứa collagen hydrolysate làm giảm hàm lượng chất béo 26 Hình 1.6.2 – Sản phẩm kẹo dẻo có vỏ màng là collagen hydrolysate 27 Hình 1.6.3 - Collagen hydrolysate làm chất kết dính trong thanh kẹo 27 Hình 1.6.4 – Sản phẩm thịt nguội có chứa collagen hydrolysate 27 Hình 1.6.5 – Collagen hydrolysate làm trong các loại thức uống 28 Hình 1.6.6 – Viên nang mềm có lớp vỏ ngoài làm từ collagen. 28 Hình 1.6.7 – Viên nang cứng làm từ chất liệu collagen 29 Hình 1.6.8 - Ứng dụng collagen hydrolysate trong kỹ thuật nội soi 30 Hình 1.6.9 – Collagen hydrolysate trong các mảnh bọt biển sử dụng trong nha khoa .30 Hình 2.1.1 - Quy trình chiết collagen bằng cid acetic (acid-soluble collagen – ASC) .32 Hình 2.1.2 - Quy trình chiết collagen bằng pepsin (pepsin-soluble collagen – PSC) 33 Hình 2.1.3 - Quy trình chiết collagen có mặt vi khuẩn Bacillus 35 Hình 2.1.4 – Bột collagen tinh sạch 36 Hình 2.4.1 – Tiêt diện cắt ngangu c a sản phẩm xúc xích Bologna (0: không bổ sung collagen; 10: bổ sung 10% collagen; 20: bổ sung 20% collagen; 30: bổ sung 30% collagen) [1] 69 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm ix
10. Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU 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 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 khoảng 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 gia súc . Ngoai ra , nganh giêt mổ av chê biên gia súc gia cầmơ Việt Nam cũng thải ra một lương phê phẩm kháơ l n ma trong đó cũng chu yêu la da va xương . Nêu như phê phẩm cua các nganh công nghiệp an y ch ỉ được chế biến thành bột thức ăn gia súc hay các dạng sản phẩm thô , giá trị thấp khác thì hiệ u quả kinh t ế mang lại không cao hoăc nêu như loại bỏ hăn t hì phải tôn thêm chi phí cho việc xư 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 va gần đây đươc ứng dụng khá nhiều trong công nghiệp thực phẩm . Cho nên việc ứng dụng các phụ phẩma n y vao nhiều nganh khác nhau , đăc biệt al trong nganh thực phẩm có ý nghĩa đăc biệt quan trong . Vấn tách chi ết collagen trong da đã đươc nghiên cứu nhiềua v cũng đạt nhiều thanh công đáng kê . Vấn đề con lại cấp bách hiện naya l cần tiêp tục nghiên cứuê đ ứng dụng sản phẩm collagen thu đươc vao chê biên các sản phẩm công nghiệp khác nhau nhằm nâng cao giá trị kinh tế của collagen, đồng thời giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường. Nhiệm vụ cua đồ ána n y la bươc đầu tổng quan tai liệu về ứng dụng collagen trong nganh thực p hẩm, góp phần giải êquy t vấn đề cấp êthi t nêu trên . Nội dung chính cua bai viêt liên quan đên các phương pháp ứng dụng collagen trong các sản phẩm thực phẩm khác nhau như các sản phẩm thứcô u ng , các sản phẩm chê biên từ sữa , các sản phẩm thịt va thuy sản , collagen dạng tổng hơp nhằm khai thác các tính chất công nghệ cũng như giát rị y hoc cua collagen , từ đó nâng cao giá trịa v tính thương mại cua collagen . Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm x
11. Tông quan về collagen Chương 1 TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 1
12. Giới thiệu sơ lược về collagen 1.1 Giới thiệu sơ lược về collagen Collagen là thành phần protein chủ yếu của các mô liên kết. Collagen chiếm khoảng 25% protein tổng số trong cơ thể động vật và là thành phần chủ yếu của khung mạng ngoại bào.Collagen là protein dạng sợi xoắn. Collagen được tìm thấy trong tất cả các loài động vật đa bào. Nó có trong các mô liên kết của tim, mạch, da, giác mạc, sụn, sừng, dây chằng, xương, răng, Collagen cũng đư ợc tìm thấy ở các mô bên trong của hầu hết các cơ quan. Collagen tạo nên độ bền của mô, cơ quan và duy trì d ạng cấu trúc của chúng. Collagen rất đa dạng về thành phần và cấu trúc. Ngày nay, người ta đã tìm ra khoảng 28 loại collagen khác nhau[2, 3, 26]. Do có cấu trúc và tính chất hóa học đặc biệt, collagen được ứng d ụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: ngành da, phim, mỹ phẩm, y học, dược phẩm, vật liệu sinh học và thực phẩm [2]. Nhìn chung, trong ngành công nghiệp collagen, các dạng collagen thương mại đều từ da và xương động vật có vú như trâu, bò, heo, , phế thải của ngành chế biến gia cầm. Tuy nhiên, nguồn động vật ở cạn này không phù hợp với nhiều vùng tín ngưỡng, tôn giáo; khó điều khiển về chất lượng và có thể lây nhiễm các tác nhân sinh học và chất độc như: BSE (bệnh bò điên), FMD (b ệnh lở mồm long móng). Vì thế, hiện nay người ta tìm nguồn thu nhận collagen mới từ các loài cá và thủy sản khác[2]. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 2
13. Thành phần và cấu trúc 1.2 Thanh phân và cấu truc Trước khi tìm hiểu về collagen, chúng ta sơ lược đôi nét về protein. Protein là một hợp chất đại phâ n tử được tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là các acid amin (hình 2.1). Acid aminđư ợc cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhóm amin (-NH2), hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là nguyên tử cacbon trung tâm đính với 1 nguyên tử hyđro và nhóm biến đổi R quyết định tính chất của acid amin. Khoảng 20 acid amin đã đư ợc phát hiện trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau trong cơ thể sống. Protein có bốn bậc cấu trúc: Cấu trúc bậc một: Các acid amin nối với nhau bởi liên kết peptide hình thành nên chuỗi polypeptide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của acid amin thứ nhất và cuối mạch là nhóm cacboxyl của acid amin cuối cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các acid amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các acid amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các acid amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein. Cấu trúc bậc hai: là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian. Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α và cấu trúc nếp gấp β, đư ợc cố định bởi các liên kết hyđro giữa những acid amin ở gần nhau. Các protein sợi như keratin, collagen (có trong lông, tóc, móng, sừng) gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein c ầu có nhiều nếp gấp β hơn. Cấu trúc bậc ba: Các xoắn α và phi ến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide.Chẳng hạn nhóm -R của cystein có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của proline cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử Các liên kết yếu hơn như liên kết hydro hay liên kết điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu. Cấu trúc bậc bốn: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết hydro. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 3
14. Thành phần và cấu trúc Phâ n loại protein: Có nhiều loại protein, mỗi loại đảm nhiệm một vai trò khác nhau trong cơ thể: Bảng 1.2.1- Phân loại protein theo chức năng của chúng trong cơ thể LOẠI PROTEIN CHỨC NĂNG Protein cấu trúc Cấu trúc, nâng đỡ Protein enzyme Xúc tác sinh học: tăng nhanh, chọn lọc các phản ứng sinh hóa Protein hormone Điều hòa các hoạt động sinh lý Protein vận chuyển Vận chuyển các chất Protein vận động Tham gia vào chức năng vận động của tế bào và cơ thể Protein thụ quan Cảm nhận, đáp ứng các kích thích của môi trường Protein dự trữ Dự trữ chất dinh dưỡng Collagen là loại protein cấu trúc trong cơ thể động vật. Nó được phân bố trong các bộ phận như da, cơ, gân, sụn, dây chằng xương và răng Trong thành phần của da, ở lớp bì chứa rất nhiều collagen tạo ra một hệ thống nâng đỡ, hỗ trợ cho các đặc tính cơ học của da như sức căng, độ đà n hồi, duy trì đ ộ ẩm Tùy theo từng độ tuổi, điều kiện sống, tác nhân môi trường, da có thể bị lão hóa hoặc tổn thương, sợi collagen mất dần tính đàn hồi và săn chắc do cấu trúc collagen bị phá vỡ. 1.2.1 Cấu trúc phân tử collagen Về cấu trúc của phân tử collagen, phân tử collagen hay còn gọi là tropocollagen là một cấu trúc dạng sợi hình ống chiều dài khoảng 300nm, đường kính 1,5 nm. Mỗi sợi collagen này được cấu tạo từ ba chuỗi polypeptide nối với nhau bằng các liên kết hydro và xoắn lại với nhau giống như sợi dây thừng (hình 1.2.1). Hình 1.2.1 – Chuỗi xoắn collagen gồm 3 dây xoắn chặt Mỗi một vòng xoắn có độ dài là 3,3 gốc amino acid, chiều cao là 2,9 Ao. Mỗi một chuỗi polypeptide trong collagen được cấu tạo từ các amino acid theo một trật tự, Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 4
15. Thành phần và cấu trúc thông thường là Gly - Pro - Y, hoặc Gly - X – Hyp (hình 1.2.2). Trong đó, X, Y là những đơn vị amino acid khác. Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) chiếm khoảng 1/6 chuỗi, glycine chiếm khoảng 1/3 chuỗi. Tổng cộng chỉ riêng proline, hydroxyproline, và glycine chiếm 1/2 chuỗi collagen. Các amino acid còn lại chiếm 1/2 [25]. Hình 1.2.2 – Từng bậc cấu tạo trong phân tử collagen [8] (a) Chuỗi polypeptide bậc một. (b) Cấu trúc xoắn α bậc hai và bậc ba. (c) Cấu trúc so le bậc bốn Glycine đóng một vai trò hết sức quan trọng trong cấu trúc sợi siêu xoắn của collagen. Tropocollagen liên kết với nhau theo kiểu đầu nối đuôi hình thà nh collagen fibril. Các collagen fibril này bó lại với nhau hình thành sợi collagen siêu cáp – collagen fiber (hình 1.2.3). Vì thế collagen rất chắc, dai, và bền. Hình 1.2.3 – Cấu truc sơi collagen [22] (a) Cấu trúc khái quát 3 chuỗi xoắn α của collagen. (b) Phân tử collagen. (c) Collagen fibril đường kính từ 10 đến 300nm. (d) Collagen fibril bó lại với nhau hình thành sợi collagen siêu cáp – collagen fiber, đường kính từ 0,5 đến 3 μm. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 5
16. Thành phần và cấu trúc 1.2.2 Thành phần hóa học của collagen Về thành phần các acid amin: trong collagen chứa rất ít hoặc không chứa cystein và tryptophan, nhưng chứa rất nhiều hydroxyproline. Hydroxyproline này là một acid amin đặc trưng của collagen mà các loại protein khác không có. Trong phân tử tất cả các loại collagen, luôn có sự lặp lại của cấu trúc X-Y-Gly, trong đó X, Y có thể là bất kỳ acid amin nào. Tuy nhiên, ở vị trí của X và Y thường là (2S)-Proline (Pro, 28%) và (2S,4R)-4-Hydroxyproline (Hyp, 38%). Chuỗi Pro-Hyp- Gly là chuỗi thường gặp nhất trong phân tử collagen (10,5%) [27]. Bảng 1.2.2 – So sánh thành phần amino acid của một số loại protein (gam amino acid/100 gam protein) [7, 12, 28] Protein COLLAGEN CASEIN ALBUMIN (từ da cá (từ sữa dê) (từ trứng) Amino acid phổi) Alanine 11,70 3,50 5,70 Glycine 24,00 2,80 6,30 Valine 2,56 6,70 10,30 Leucine 3,37 13,60 8,90 Isoleucine 1,64 4,20 4,90 Proline 14,8 9,30 3,80 Phenylalanine 2,60 4,40 3,77 Tyrosine 0,19 4,60 2,69 Serine 4,71 3,60 10,90 Threonine 3,18 4,90 10,70 Cystine - - - Methionine 0,59 2,70 1,11 Arginine 9,10 3,90 2,73 Histidine 0,80 - 1,16 Lysine 3,63 6,70 7,70 Aspartic acid 6,60 4,70 10,90 Glutamic acid 1,90 20,30 7,40 Hydroxyproline 9,80 - - Hydroxylysine 0,88 - - Arginin - 3,90 - Tryptophan - - - Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 6
17. Thành phần và cấu trúc Thành phần amino acid của collagen từ các nguồn thu nhận khác nhau (cơ quan, loài động vật, ) thì khác nhau. Bên dư ới là thành phần amino acid của một số loại collagen từ một số loài động vật khác nhau. Bảng 1.2.3 - Thành phần amino acid của collagen vảy cá Rohu và cá Catla (số gốc amino acid trên tổng số 1000 gốc amino acid) [23] Amino acid Rohu Catla Aspartate + asparagine 53 48 Glutamate + glutamine 87 83 Hydroxyproline 83 84 Serine 28 26 Glycine 361 353 Histidine 0 0 Arginine 38 38 Threonine 17 17 Alanine 80 83 Proline 118 130 Tyrosine 3 2 Valine 15 15 Methionine 9 9 Cysteine 0 0 Isoleucine 13 12 Leucine 28 26 Phenylalanine 54 55 Lysine 13 19 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 7
18. Thành phần và cấu trúc Bảng 1.2.4 – Sự khác nhau về hàm lượng hydroxyproline và nhiệt độ biến tính của collagen từ các nguồn thu nhận khác nhau [23] Hàm lượng Nhiệt Môi Nguồn Nguồn Hydroxyproline độ biến trường Sinh vật thu tham (gốc/1000 gốc tính sống nhận khảo amino acid) (oC) Bê Da 94 40,8 Ikomaa Trên và cộng cạn Lợn Da 93 37 sự. (2003) Pati Cá Rohita và Falguni và Vảy 83 36,5 cá Catla cộng sự (2010) Ikomaa Cá và cộng Oreochrom-is Vảy 83 35,7 sự. niloticas (2003) Nước Rodziewi ngọt Cá chép bạc cz- (Hypophth- Motowidł Da 84 34,5 almichthys o và cộng molitrix) sự. (2008) Da 76 28,0 Duan và Cá Cyprinus Vảy 77 28,0 cộng sự. carpio Xương 80 28,0 (2009) Ikomaa và cộng Cá Pragus Vảy 73 29,9 sự. (2003) Cá cóc lưng Senaratne Biển đen và cộng Da 77 28,0 (Lagoceph- sự. alus gloveri) (2006) Cá nóc mắt Nagai và đơn (Takifugu Da 67 28,0 cộng sự. rubripes) (2002) Cá trống đỏ Da 64 16,1 Wang và (Sebastes Vảy 65 17,7 cộng sự. mentella) Xương 61 17,5 (2008) Biển Sadowska sâu Cá hồi và cộng Da 53 15,0 (Gadus sp.) sự. (2003) Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 8
19. Phân loại 1.3 Phân loại Collagen là thuật ngữ chung cho nhóm protein có cấu túc xoắn anpha của ba sợi polypeptide, và tất cả các loại protein collagen đều có cấu trúc siêu phân tử mặc dù kích thước, chức năng và sự phân bố của chúng trong các mô khác nhau rất nhiều. Hiện nay, người ta đã tìm ra hơn 28 loại collagen khác nhau. Dựa vào cấu trúc và tổ chức siêu phân tử của collagen, chúng có thể được nhóm lại thành các nhóm: collagen dạng sợi (fibril-forming collagen), collagen tổ hợp sợi (fibril-associated collagen (FACIT)), collagen transmembrane, collagen trên nền membrane và các loại collagen khác với cấu trúc đặc biệt. Bảng 1.3.1 – Phân loại collagen [27] Loại Nhóm Thành phần Phân bố I Sợi α1[I]α2[I] Da, xương, gân, dây chằng II Sợi α1[II]3 Sụn III Sợi α1[III]3 Da, máu, mạch, ruột IV Mạng lưới α1[IV]2α2[IV] Màng membranes α3[IV]α4[IV]α5[IV] α5[IV]2α6[IV] V Sợi α1[V]3 Xương, gân, giác mạc, nhau α1[V]2α2[V] thai α1[V]α2[V]α3[V] VI Mạng lưới α1[VI]α2[VI]α3[VI] Xương, gân, sụn α1[VI]α2[VI]α4[VI] VII Sợi mỏ neo α1[VII]2α2[VII] Gân, bang quang VIII Mạng lưới α1[VIII]3 α2[VIII]3 Gân, não, tim, thận α1[VIII]2α2[VIII] IX Collagen dạng Sun, giác mạc sợi kết hợp xoắn gián đoạn (Fibril- Associated 1[IX]α2[IX]α3[IX] Collagens with Interrupted Triple helices – FACIT) X Mạng lưới α1[32]3 Sụn XI Sợi 1[XI]α2[XI]α3[XI] Sụn XII FACIT α1[XII]3 Gân, dây chằng XIII Collagen dạng Màng tế bào, gân, sụn màng kết hợp xoắn gián đoạn — (Membrane - Associated Collagens Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 9
20. Phân loại with Interrupted Triple helices – MACIT) XIV FACIT α1[XIV]3 Xương, sụn, dây chằng XV Dạng ghép kênh Mao mạch, tinh hoàn, thận, — (multiplexins) tim XVI FACIT — Hạ bì, thận XVII MACIT Hemidesmosomes trong α1[XVII]3 biểu mô XVIII MULTIPLEXIN — Tầng hầm màng, gan XIX FACIT — Tầng hầm màng XX FACIT — Giác mạc (gà) XXI FACIT — Dạ dày, thận XXII FACIT — Mô nút giao XXIII MACIT — Tim, võng mạc XXIV Sợi — Xương, giác mạc XXV MACIT — Não, tim, tinh hoàn XXVI FACIT Tinh hoàn, buồng trứng XXVII Sợi — Sụn XXVIII — — Hạ bì, dây thần kinh hông Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 10
21. Tính chất 1.4 Tính chất Đê có thể đươc ứng d ụng một cách hiệu quả thì collagen thành phẩm phải có độ tinh sạch phù hợp và đồng thời phải biết rõ các tính chất quan trọng của colllagen như: thành phần cấu trúc, khối lượng phân tử, thành phần amino acid và nhiệt độ biến tính và khả năng hòa tan, trương n ở của collagen. Thành phần và tính chất của collagen tạo thành phụ thuộc nhiều vào nguồn nguyên liệu sản xuất và cũng như phương pháp tách chiết và tinh sạch. Thành phần và tính chất của collagen đã được nhiều tác giả nghiên cứu và đề cập. 1.4.1 Độ tinh sạch của collagen Phanat Kittiphattanabawon và cộng sự (2005) đã ti ến hành nghiên cứu trích chiết collagen từ da và xương cá chỉ vàng. Kết quả phân tích nguyên liệu và sản phẩm thu được như bảng bên dưới. Bảng 1.4.1 - Kết quả phân tích thành phần nguyên liệu da, xương cá chỉ vàng và collagen trích chiết được [24] Thành phần (% khối lượng) Hydroxyproline Mẫu Ẩm Tro Chất béo Protein (mg/g) Da 64,08 3,23 0,98 32,0 19,5 Xương 62,27 14,40 8,77 13,3 5,71 Collagen da 7,06 0,68 0,33 94,0 58,5 Collagen xương 11,57 0,88 0,48 84,2 42,5 Villanueva và cộng sự (2009) đã đưa ra phương pháp định lượng collagen bằng sắc kí lỏng hiệu năng cao. Xác định hàm lượng collagen dựa vào diện tích peak và dựa vào đồ thị đường chuẩn mô tả mối tương quan giữa diện tích peak và hàm lượng hydroxyproline, glycine, proline trong collagen. Tác giả cho rằng collagen là một chuỗi polipeptide trong đó thành phần chủ yếu bao gồm 3 loại acid amin trên. Và hàm lượng collagen được tính như sau: Hyp++ GlyPr o (µ g / mg ) Hµm l­ îng collagen (/)µ g mg ∑ 0,55 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 11
22. Tính chất Hình 1.4.1 - Đồ thị đường chuẩn biểu thị mối tương quan giữa diện tích peak và hàm lượng acid amin [31] Tuy nhiên, phương pháp đơn giản hơn cho việc định lượng collagen là theo phương pháp của Sadowska và cộng sự (2003). Thông qua xác định hàm lượng hydroxyproline tính được lượng collagen tổng bằng công thức: Ham lương collagen (μg/mg) = hydroxyproline (μg/mg) x 14,7 1.4.2 Thành phần cấu trúc và khối lượng phân tử Theo kết quả phân tích điện di, người ta xác định được khối lượng phân tử của collagen loại I vào khoảng 200-300 kDa cao hơn so với gelatin (dưới 200-300kDa) và cao hơn nhiều so với sản phẩm thủy phân collagen (dưới 50 kDa). Trong đó, cấu trúc chuỗi β có phâ n tử lượng khoảng 200 kDa còn cấu trúc chuỗi α có phân tử lượng khoảng 100 kDa [34]. Do khi thu nhận collagen ta chỉ sử dụng các tác nhân để tấn công vào những cấu trúc không phải chuỗi xoắn của collagen, điều kiện tiến hành ôn hòa, thời gian thích hợp nên mức độ thủy phân ít và collagen vẫn giữ được cấu trúc mạch dài, và do đó khối lượng phân tử của collagen lớn. Trong khi, để sản xuất gelatin và collagen thủy phân thì ngư ời ta phải sử dụng tác nhân và điều kiện tiến hành khác nghiệt hơn, tấn công vào cả các cấu trúc xoắn của sợi collagen nên sản phẩn tạo thành có khối lượng phân tử nhỏ và dao động nhiều [34]. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 12
23. Tính chất Trong nghiên cứu của Phanat Kittiphattanabawon và cộng sự (2005), sau khi phân tích điện di, các tác giả thu được kết quả về cấu trúc và khối lượng phân tử collagen như hình 1.4.2. Hình 1.4.2 – Phân tích điện di SDS–PAGE collagen từ da (S) và xương (B) của cá chỉ vàng dưới điều kiện khử và không khứ ( M, I, II, III và V là các collagen tương ứng làm mẫu chuẩn) [24] Kết quả trên cho thấy, không có sự khác nhau giữa collagen da và collagen xương. Cả hai loại collagen này đều có ít nhất hai chuỗi α khác nhau (α1 và α2). N ếu có thêm chuỗi α3 thì trong đi ều kiện phân tích này vẫn chưa xác định được. Kết quả này cũng phù h ợp collagen trích chiết từ nhiều loài cá khác (Ciarlo và cộng sự 1997; Kimura, 1985; Kimura & Ohno, 1987; Matsui và cộng sự, 1991; Nagai & Suzuki, 2000a, 2000b; Piez, 1965). Cấu trúc của collagen dưới điều kiện khử và không khử đêu như nhau đối với collagen từ da và xương, chứng tỏ trong da và xương đều không có các liên kết disulfur (-S-S-). Nhìn chung, cấu trúc collagen loại I chứa ít cystein (0,2%), methionine (1,24- 1,33%) %) (Owusu-Apenten, 2002). Mà đây là hai amino acid chủ yếu tạo nên các cầu nối disulfur nên số lượng các liên kết disulfur trong collagen loại I là rất ít. Tóm lại, kết luận của tác giả là collagen thu nhận được từ da và xương cá chỉ vàng chủ yếu là collagen loại I, cấu trúc gồm hai chuỗi α (α1 và α2). Trong nghiên cứu của Nagai và cộng sự (2000), các tác giả đã sử dụng phương pháp điện di SDS-PAGE theo phương pháp của Weber và Osborn (1969) để xác định các chuỗi collagen. Trong đó, mẫu collagen được hoà tan vào sodium phosphate 0,02M (pH 7,2) chứa 1% sodium dodecyl sulfate (SDS) và 3,5M urea. Điện di được tiến hành trên 3,5% gel với đệm phosphate 0,1M (pH 7,2) chứa 1% SDS. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 13
24. Tính chất Hình 1.4.3 - Sắc kí điện di SDS-PAGE collagen loại I của da heo và collagen da cá (Điện di trên 3,5% gel chứa urea 3,5M: (A) Da heo; (B) Cá Pecca; (C) Cá mập; (D) Cá thu) [19] Bằng phương pháp điện di như đã nói trên, hình 2.23 cho th ấy collagen da của cá pecca và cá mập gồm 2 chuỗi α khác nhau, đó làα1 và α2. Trong đó, α2 có hàm lượng rất nhỏ. Nếu có α3 tồn tại thì cũng không thể tách khỏi α1 trong đi ều kiện điện di này. Còn đ ối với cá thu, collagen dạng α chỉ gồm chuỗi α1 mà hoàn toàn không có α2. Trong hình 1.4.3, có sự tồn tại của chuỗi β ở cá 3 loài cá. 1.4.3 Nhiệt độ biến tính Khi thực hiện quá trình biến tính collagen bằng nhiệt, các tính chất vật lý của collagen như độ nhớt, khả năng hòa tan, khả năng hấp thu quang học thay đổi. Độ nhớt của collagen thay đổi trong một khoảng rộng khi ta tăng nhiệt độ. Dựa vào sự thay đổi độ nhớt của collagen theo nhiệt độ, người ta xác định nhiệt độ biến tính của collagen. Độ nhớt của collagen giảm dần theo chiều tăng của nhiệt độ. Theo đồ thị hinh 1.4.4, ta thấy độ nhớt của collagen bắt đầu giảm ở 30oC và đạt ổn định tại 42,5oC. Khi độ nhớt của collagen giảm xuống thấp hơn ½ giá trị ban đầu (tại nhiệt độ phòng tức là 25oC) thì collagen xem như bi ến tính. Như vậy, theo đồ thị bên dưới thì collagen biến tính tại 37,5oC. Khi biến tính, cấu trúc xoắn ba sợi của collagen bị phá vỡ, collagen chuyển sang dạng lõi xoắn ngẫu nhiên do có sự phá vỡ liên kết hydro giữa các sợi collagen trong cấu tạo của nó. Các dạng trime (γ) chuyển thành dạng dime (β) hoặc sợi đơn (α) làm giảm độ nhớt [34]. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 14
25. Tính chất Hình 1.4.4 – Đường cong biến tính nhiệt của collagen, gelatin và collagen thủy phân [34] Độ nhớt của dung dịch collagen giảm liên tục khi ta tăng nhiệt độ. Tốc độ giảm độ nhớt của dụng dịch collagen cũng gi ảm dần khi nhiệt độ tăng. Người ta xác định nhiệt độ biến tính cảu collagen dựa vào sự thay đổi độ nhớt của nó theo nhiệt độ. Nhiệt độ mà tại đó độ nhớt của dung dịch collagen giảm chỉ còn một nửa so với dung dịch collagen ở nhiệt độ phòng là nhiệt độ biến tính của collagen. Khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ biến tính thì đ ộ nhớt của collagen giảm nhanh, còn khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ biến tính thì dung dịch collagen có độ nhớt giảm rất chậm và dần đạt ổn định. Có thể giải thích sự giảm độ nhớt của collagen khi ta biến tính collagen bằng nhiệt là do sự đứt các liên kết hydro trong cấu tạo phân tử của collagen, đồng thời cấu trúc xoắn lò xo 3 sợi của collagen cũng b ị phá vỡ, collagen chuyển cấu trúc thành các dạng xoắn ngẫu nhiên, cấu trúc dạng γ chuyển thành β và α [24]. Nhiệt độ biến tính collagen da cá thấp, 26,5oC (cá pecca), 25,6oC (cá thu), 25,0oC (cá mập) thấp hơn khoảng 10oC so với collagen da heo (37oC) [19]. Nhiệt độ biến tính của collagen từ da cá vược Nhật Bản, cá thu, cá mập đầu bò, cá nóc mắt đơn trong khoảng 25-28oC; còn của collagen từ xương cá vược Nhật Bản, cá ngừ, cá thu ngựa khoảng 29,5-30oC [24]. Lê Thị Hồng Nhan (2009) có nghiên cứu trên loài cá basa (Pangasius Bocourti) nuôi tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, Việt Nam. Tác giả cũng có một số phân tích trên sản phẩm collagen thu được. Trong đó, nhiệt độ biến tính collagen được xác định bằng phương pháp đo độ nhớt, sử dụng thiết bị Brookfield viscometer HDBV- II. Phân tích độ nhớt được thực hiện trong một bể nước. Nhiệt độ bể được cài đặt từ 30oC Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 15
26. Tính chất lên 50oC với tốc độ 5oC/phút và giữ ở 50oC trong 10 phút. Kết quả độ nhớt giảm khi ta tăng nhiệt độ (hình 1.4.5). Từ đó đã xác đ ịnh được nhiệt độ biến tính của collagen từ da cá basa là khoảng gần 40oC. Hình 1.4.5 -Biểu đồ sự phụ thuộc độ nhớt theo nhiệt độ [20] Hình 1.4.6 – Sự thay đổi độ nhớt của dung dịch collagen (trong acid acetic) từ da và xương cá chỉ vàng theo nhiệt độ [24] Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 16
27. Tính chất 1.4.4 Thành phần amino acid Về phân tích thành phần amino acid, mẫu collagen được thủy phân trong điều kiện giảm áp, trong dung dịch HCl đậm đặc (thường dùng HCl 6M), ở nhiệt độ cao (khoảng 111oC). Dịch thủy phân được phân tích trên máy phân tích amino acid. Bảng 1.4.2 - Thành phần amino acid của dung dịch collagen da cá nóc [18] Amino acid Số lượng ( số gốc/ 1000 gốc) Hydroxyproline 67 Aspartic acid 50 Threonine 25 Serine 48 Glutamic acid 87 Proline 103 Glycine 351 Alanine 106 Half-cystine 2 Valine 17 Methionine 14 Isoleucine 12 Leucine 23 Tyrosine 4 Phenylalanine 10 Tryptophan 0 Lysine 19 Histidine 8 Arginine 54 Tổng 1000 Bảng 1.4.3 -Thành phần amino acid của dung dịch collagen da và xương cá chỉ vàng chiết bằng pepsin [24] Da Xương Amino acid ( số gốc/ 1000 gốc) ( số gốc/ 1000 gốc) Asp 51 47 Hyp 77 68 Thr 29 25 Ser 36 34 Glu 78 74 Pro 116 95 Gly 286 361 Ala 136 129 Val 22 17 Met 12 8 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 17
28. Tính chất Ile 5 5 Leu 24 25 Tyr 4 2 Phe 15 12 Hyl 10 20 Lys 31 25 His 10 6 Arg 60 46 Tổng 1000 1000 Qua một số kết quả phân tích trên, ta thấy glycine là thành phần acid amin chủ yếu trong collagen (khoảng 30-35% tổng số acid amin). 1.4.5 Khả năng trương nở, hòa tan Khả năng hòa tan c ủa collagen phụ thuộc nhiều vào pH và nồng độ muối trong dung dịch. Kittiphattanabawon và cộng sự (2005) đã khảo sát ảnh hưởng của pH và nồng độ NaCl lên khả năng hòa tan của collagen từ da và xương cá chỉ vàng. Độ hòa tan của collagen đạt cao nhất tại pH=2 đối với collagen từ da và tại pH=5 đối với collagen từ xương. Nói chung, cả hai dạng collagen đều tan tốt trong vùng pH acid và độ hòa tan giảm nhanh khi pH tiến về trung tính. Tuy nhiên, khi nồng độ acid trong dung dịch quá cao (pH<2) thì lại làm han chế khả năng hòa tan c ủa collagen. Khi pH lớn hơn pI thì protein tích đi ện âm, còn khi pH nhỏ hơn pI thì protein tích điện dương. Khi đó, protein tương tác và liên kết nhiều với nước hơn so với giữa các phân tử protein với nhau. Do đó, khi pH càng xa pI thì đ ộ hòa tan của nó càng tốt. Độ hòa tan của collagen trong dung dịch acid acetic 0,5M có mặt NaCl vẫn tốt khi nồng độ NaCl nhỏ hơn 3%. Khi nồng độ NaCl lớn hơn 3% thì có s ự giảm đột ngột độ hòa tan của collagen (từ trên 90% xuống dưới 40%). Nguyên nhân là do tại nồng độ này của NaCl làm gia tăng các tương kỵ nước, làm giảm liên kết giữa protein với nước và dẫn đến sự tủa protein. Từ đồ thị ta thấy collagen từ xương cá chỉ vàng chị muối tốt hơn collagen từ da cá chỉ vàng. Sự khác nhau về khả năng hòa tan c ủa các loại collagen là do sự khác nhau về đặc điểm cấu trúc phân tử của chúng. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 18
29. Tính chất Hình 1.4.7 – Sự thay đổi độ nhớt tương đối (%) của collagen da và xương cá chỉ vàng theo pH [24] Hình 1.4.8 - Sự thay đổi độ nhớt tương đối (%) của collagen da và xương cá chỉ vàng theo nồng độ NaCl [24] 1.4.6 Điểm đẳng điện (pI) Điểm đẳng điện (isoelectric point – pI) là một thông số quan trọng của protein, liên quan nhiều đến tỉ lệ các gốc amino acid ngoài mạch chính thuộc về nhóm chức acid hay base. Thông thường pI của collagen có giá trị khoảng 8,4, cao hơn cả gelatin (khoảng 4,9) và collagen thủy phân (khoảng 4,6). pI của collagen nằm trong vùng pH kiềm vì trong quá trình trích chiết, các gốc acid trong mạch collagen bị trung hòa bởi các tác nhân có tính acid [34]. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 19
30. Thu nhận collagen 1.5 Thu nhân collagen 1.5.1 Sự phá vỡ tế bào Các phân tử collagen không có khả năng đi qua màng tế bào, cho nên cần phá vỡ cấu trúc để chuyển collagen vào dung dịch. Người ta có thể phá vỡ cấu trúc tế bào bằng các biện pháp cơ học như nghiền với bột thủy tinh hoặc cát thạch anh, làm đồng hóa bằng thiết bị nghiền đồng thể (homogenizator). Thiết bị này có chày thủy tinh gắn với motor quay và có thể điều chỉnh tốc độ quay theo yêu cầu. Các tế bào giữa chày thủy tinh và thành cối sẽ bị phá hủy. Để tiện cho phá vỡ màng tế bào có hiệu quả, các mô tế bào thường được cho trương nước. Ngoài ra còn có thể dung sóng siêu âm, dùng các dung môi hữu cơ như butanol, acetone, và các chất tẩy rửa. Các hóa chất này giúp cho việc phá vỡ các bào quan của tế bào do trong các cơ quan này thường chứa mỡ. Điều này có thể giải thích tại sao trước khi tách chiết collagen, da cá thường được tẩy rửa với các hóa chất trên, một mặt là để loại sạch các tạp chất, mặt khác là để cho da được trương nở hoặc thành tế bào bị phá vỡ, giúp collagen dễ dàng đi vào dung dịch tách chiết. Sự tách chiết protein collagen: Sau khi cấu trúc tế bào bị phá vỡ, việc chiết tách collagen dễ dàng hơn, có thể chiết bằng các dung dịch acid hoặc enzyme theo quy trình như sau (hình 1.5.1) Hình 1.5.1 - Quy trình tách chiết collagen Quá trình chiết collagen được thực hiện trong các thiêt bị ở nhiệt độ lạnh, trong điều kiện vô trùng, khuấy trộn liên tục để đảm bảo chiết được collagen có chất lượng tốt. Cách thức hoạt động của emzyme pepsin : Điểm đẳng điện của pepsin khoảng pH 1, pepsin thuỷ phân mạnh các liên kết peptide nối mạch do các nhóm amin của các Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 20
31. Thu nhận collagen acid amin thơm trong phân tử protein và peptide tạo thành, sản phẩm được tách ra là các peptide và các acid amin tự do. Hoạt động trong môi trường acid, pepsin hoạt động thích hợp nhất trong khoảng pH 1,5 - 2; ở điều kiện này pepsin không bền do có sự tiêu enzyme. Pepsin có độ bền tối đa ở pH 4 - 5; ở vùng pH này, hoạt lực của pepsin thấp; từ pH 5,6 hầu như không có hoạt tính protease. Dung dịch pepsin trong nước ở dạng pepsinogen và được hoạt hoá bởi H+ với pH = 1,5 – 2,0. Chúng phân giải gần 30% mạch peptide và biến protein thành polypeptide. H+ PEPSINOGEN PEPSIN Pepsin PROTEIN POLYPEPTIDE 1.5.2 Phương pháp tinh sạch collagen Trong dịch chiết thô, ngoài collagen còn có các protein tạp, các lipid, muối khoáng, để loại chúng phải sử dụng nhiều biện pháp khác nhau. Để loại muối khoáng thường dùng phương pháp thẩm tích đối nước hay đối các dung dịch đệm loãng hoặc bằng cách lọc qua gel sephadex. Để loại bỏ các protein tạp có phương pháp kết tủa phân đoạn bằng muối trung tính hoặc các dung môi hữu cơ, các phương pháp sắc kí trao đổi ion, điện di, phương pháp lọc gel. 1.5.2.1 Phương pháp thẩm tích Thẩm tích là sự khuếch tán vi phân qua màng vốn không thấm đối với những chất keo hòa tan (protein, một số các polysaccharide) nhưng thấm đối với các dung dịch các tinh thể (các muối, các hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp ). Các tinh thể có thể khuếch tán qua màng theo định luật Fick. Nước sẽ khuếch tán từ dung dịch có nồng độ thấp hơn (thường là dung dịch rửa) vào dung dịch keo, trong khi đó các ion và các chất phân tử nhỏ sẽ chuyển từ dung dịch keo vào dung dịch có nồng độ thấp hơn. Trong quá ìnhtr tách chi ết vàtinh sạch protein, để loại muối ra khỏi dung dịch protein thì cho dung dịch protein vào cái túi đặc hiệu làm bằng nguyên liệu bán thấm. Thông thường người ta hay dùng túi cellophan. Sau đó đặt cả túi vào bình chứa lượng lớn nước hoặc lượng lớn dung dịch đệm được pha loãng (ví dụ đệm phosphate có pH = 7, nồng độ 0,01M). Vì màng cellopha ne là màng bán thấm, có kích thước lỗ chỉ cho các chất có trọng lượng phân tử nhỏ đi qua vào các dung dịch đệm loãng. Như vậy, muối sẽ khuếch tán vào nước hoặc dung dịch đệm loãng (di chuyển theo hướng giảm nồng độ), còn nước hoặc đệm loãng sẽ di chuyển từ dung dịch rửa vào túi chứa protein. Protein là những đại phân tử không thể vượt qua túi thẩm tích và được giữ lại trong túi. Bằng cách thay thường xuyên dung dịch rửa có thể tẩy sạch muối ra khỏi protein. Có thể làm giảm bớt hoặc loại trừ sự pha loãng như th ế khi tiến hành thẩm tích dưới áp suất, có nghĩa là khi dung d ịch được xử lý nằm dưới một áp suất thủy tĩnh Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 21
32. Thu nhận collagen đầy đủ, để dòng thủy động học của nước từ dung dịch sẽ cân bằng sự khuếch tán của các phân tử vào dung dịch. Phương pháp này thường đòi h ỏi có thiết bị đặc biệt. Phương pháp thẩm tích thông thường là cho dung dịch có kết tủa protein vào túi thẩm tích (không quá 2/3 thể tích túi). Cho thuốc sát trùng hoặc toluen để bảo quản protein (vì thời gian thẩm tích lâu, protein có thể bị thối hỏng). Buộc túi vào một que thủy tinh, gác que thủy tinh lên miệng chậu nước để giữ túi ở giữa chậu. Cho vòi nước chảy nhẹ liên tục vào đáy chậu để thay đổi nước thường xuyên. Muối hòa tan trong nước và bị loại dần. Có thể tăng tốc độ thẩm tích bằng cách khuấy trộn dung dịch rửa. Khi thẩm tích các protein thường người ta tiến hành tất cả các thao tác ở môi trường lạnh. 1.5.2.2 Sắc ký gel Trong sắc kí gel, pha tĩnh là mạng polymer có lỗ rỗng, các lỗ rỗng này được phủ đầy bởi dung môi làm pha động. Kích thước của lỗ rỗng phải đồng nhất, bởi vì kỹ thuật sắc kí gel dùng để tách các chất theo trọng lượng phân tử. Các phân tử có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng sẽ không lọt vào bên trong lỗ rỗng và sẽ bị dòng chảy của dung môi đuổi ra khỏi cột. Còn phân tử nào có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ rỗng sẽ chui vào nằm bên trong lỗ nên bị giải ly ra khỏi cột chậm hơn. Sắc kí gel được ứng dụng trong việc tách một hổn hợp thành cácnhóm chất riệng rẽ, ứng dụng trong việc xác định trọng lượng phân tử của một hợp chất có trọng lượng phân tử lớn, và ứng dụng để loại muối ra khỏi một hợp chất. 1.5.3 Làm khô và bảo quản chế phẩm collagen Tính cố định cấu trúc của protein được bảo đảm nhờ khả năng liên kết nước của chúng. Nếu dung dịch protein bị khô ở độ nhiệt trong phòng thìđa s ố protein bị biến tính. Protein chỉ có thể được giữ ở dạng khô trong trường hợp nếu việc sấy khô được tiến hành vô cùng nhanh hoặc ở nhiệt độ thấp. Nhiều protein như chúng ta đã biết, ở độ nhiệt thấp có thể được kết tủa bằng rượu hoặc acetone. Nếu kết tủa thu được bằng cách đó đem xử lý bằng rượu tuyệt đối, bằng acetone hoặc bằng ether và sau đó làm khô thật nhanh thì protein sẽ không bị biến tính. Tuy nhiên, nhiều protein không chịu được cách xử lý như vậy. Vì vậy, người ta sử dụng phương pháp làm đông khô. Dung dịch protein đã đư ợc thẩm tích được làm đóng băng và làm thăng hoa băng ở áp suất 0,01-0,001 mm thuỷ ngân (được tạo ra nhờ máy hút chân không mạnh). Hơi nước được tạo ra đều được đóng băng trong bầu dự trữ ở độ nhiệt thấp hơn. Sau một vài giờ chỉ còn lại bột protein. Sau đó bột này (trong chân không) có thể được giữ ở độ nhiệt cao hơn. 1.5.4 Sử dụng CO2 siêu tới hạn trong tinh sạch collagen Một chất lỏng siêu tới hạn (supercritical fluid – SCF) là bất kì một hợp chất nào có giá trị nhiệt độ và áp suất trên điểm tới hạn trong giản đồ pha. Trên giá trị nhiệt độ tới hạn, thì phần tử khí không thể hóa lỏng ở bất kì áp suất nào. Áp suất tới hạn là áp suất hơi của khí tại nhiệt độ tới hạn. Trong môi trường siêu tới hạn, chỉ tồn tại một pha Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 22
33. Thu nhận collagen duy nhất gọi là fluid. Pha fluid không phải là pha khí cũng không ph ải là pha lỏng. Nó là trung gian giữa hai pha. Pha fluid này có khả năng hòa tan tương t ự như chất lỏng, đồng thời cũng khuếch tán tốt như chất khí. Điểm tới hạn là điểm kết thúc của đường cong cân bằng pha giữa hai trạng thái khí – lỏng. Vùng lỏng siêu tới hạn cho biết bằng cách sử dụng sự kết hợp giữa đẳng áp và thay đổi nhiệt độ, giữa đẳng nhiệt và thay đổi áp suất, hoàn toàn có khả năng chuyển đổi các thành phần tinh khiết từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí trong vùng và ngược lại mà không hề có sự chuyển pha. Chất lỏng siêu tới hạn có khả năng hòa tan như m ột chất lỏng, đồng thời cũng có khả năng vận chuyển như một chất khí. Điều này giúp cho nó dễ xâm nhập vào mẫu và chiết xuất được cạn kiệt các hoạt chất. Có thể coi SCF là một trạng thái chuyển tiếp, hay trạng thái trung gian giữa khí và lỏng. Kết quả là tốc độ trích ly và sự chuyển khối rất nhanh so với các quy trình tách chiết thông thường. Điều này giúp giảm bớt thời gian của quá trình. Hơn th ế nữa, điều kiện tiến hành có thể được kiểm soát để đạt hiệu quả cao trong quá trình tách chiết chọn lọc. Tách chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (supercritical fluid extraction – SFE) phụ thuộc vào khối lượng riêng của pha fluid và có thể được điều khiển thuận lợi thông qua việc kiểm soát hệ thống nhiệt độ và áp suất. Trong thực tế, SCF có thể được sử dụng để tách chiết các chất trong mẫu rắn cũng giống như tách chiết bằng dung môi lỏng theo phương pháp xưa nay. Tuy nhiên không giống như phương pháp truyền thống ở chỗ là lượng dung môi cặn bã mà phương pháp SFE thảy ra môi trường rất nhỏ. Chính vì thế phương pháp này được cho là thân thiện với môi trường. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp SFE là độ hòa tan của một chất trong một dung môi sẽ khác nhau trong những điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau. Ở điều kiện môi trường (25oC, áp suất 1 bar), độ hòa tan của một chất trong pha khí thườngcó quan hệ trực tiếp tới áp suất hơi của nó và nói chung là không đáng kể. Tuy nhiên trong dung môi siêu tới hạn, độ hòa tan của một chất tăng đến 10 lần. Sự hòa tan của một chất trong pha lỏng siêu tới hạn là do sự kết hợp giữa áp suất hơi và ảnh hưởng tương tác giữa chất tan và dung môi. Nghĩa là sự hòa tan của nó không chỉ đơn thuần phụ thuộc vào áp suất. Mặc dù sự hòa tan của chất rắn dễ bay hơi trong dung môi siêu tới hạn cao hơn trong khí lí tưởng nhưng người ta vẫn mong muốn làm tăng độ hòa tan cao hơn n ữa nhằm làm giảm lượng dung môi cho quy trình tách chiết. Do đó, khả năng hòa tan của một chất trong SCF có thể được cải thiện bằng cách thêm vào một chất được gọi là chất trợ dung môi (cosolvent). Chất trợ dung môi có vai trò như m ột chất trung gian dễ bay hơi, giúp cho sự hòa tan một chất vào dung môi dễ dàng hơn. Tiềm năng thương mại của công nghệ SCF có thể được cải tiến đáng kể nhờ vào việc sử dụng chất trợ dung môi. Tuy nhiên, cũng c ần cân nhắc rằng dù thêm một lượng rất nhỏ chất trợ dung môi vào cũng s ẽ làm thay đổi đáng kể tính chất tới hạn của dung môi. Trong giản đồ pha cua CO2 (hinh 1.5.2), đường sôi phân chia miền khí và lỏng, kết thúc tại điểm tới Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 23
34. Thu nhận collagen hạn. Tại đây, pha lỏng và pha khí biến mất để trở thành một pha siêu tới hạn duy nhất. Dưới nhiệt độ tới hạn, ví dụ ở 280K, khi áp suất tăng, khí bị nén lại, và cuối cùng đến khoảng trên 40 bar, ngưng tụ thành một chất lỏng đặc hơn nhiều, thể hiện trên đường đứt khúc. Hệ bao gồm hai pha cân bằng: pha lỏng có mật độ dày đặc và pha khí có mật độ thấp. Khi nhiệt độ tiến tới 300K, mật độ của pha khí tại trạng thái cân bằng trở nên dày đặc hơn và mật độ của pha lỏng thấp hơn. Tại điểm tới hạn (31,1oC hay 304,1K; 73,8 bar), không có sự khác biệt về mật độ và hai pha lỏng – khí gộp lại thành một pha duy nhất gọi là fluid phase. Vì vậy, trên nhiệt độ tới hạn, chất khí không thể hóa lỏng dưới một áp suất nào. Trên nhiệt độ tới hạn một chút, trong vùng lân cận của áp suất tới hạn, đường biểu hiện gần như là một đường thẳng đứng. Một sự gia tăng nhỏ áp suất làm cho mật độ của pha siêu tới hạn tăng lên rất lớn. Nhiều tính chất vật lý khác, ví dụ như độ nhớt và mối quan hệ giữa hằng số điện môi với nồng độ dung môi, tất cả đều có liên hệ chặt chẽ tới mật độ. Ở nhiệt độ cao hơn, fluid bắt đầu hoạt động như một chất khí. Ví dụ đối với CO2, 400K, mật độ tăng gần như tuyến tính với áp suất. Hình 1.5.2 – Gian đô pha cua CO 2 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 24
35. Thu nhận collagen Hình 1.5.3 – Sơ đồ quy trình tách chiết bằng CO2 siêu tới hạn Sơ đồ này có đường hoàn lưu dung môi, trong đó: 1. Thiết bị tồn trữ CO2 2. Thiết bị làm lạnh: CO2 đi vào thiết bị làm lạnh để duy trì trạng thái lỏng trước khi vào bơm cao áp. 3. Presurisation – thiết bị tạo áp suất: Tại đây, áp suất được giữ ở 300bar. 4. Reheating: Nhiệt độ được nâng lên đến 31oC bằng thiết bị trao đổi nhiệt. 5. Cột tách. 6. Thiết bị giảm áp: Áp suất được giảm xuống trả CO2 về trạng thái khí cho phép tách CO2 khỏi dịch chiết. 7. Reheating: Nhiệt độ được duy trì ở 30oC. 8. Separation: Phân riêng lần 1, tách CO2 khỏi dịch chiết bằng trọng lực. 9. Under pulling: Dịch chiết được giảm sức nén một cách từ từ để cho an toàn. 10. Cyclonic separation: Phân riêng lần 2, tách CO2 khỏi dịch chiết bằng lực ly tâm. 11. Liquefaction – thiết bị hóa lỏng: Vẫn trong trạng thái khí, CO2 được làm lạnh để hóa lỏng). Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 25
36. Ứng dụng của collagen 1.6 Ứng dung của collagen 1.6.1 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Tùy theo mức độ thủy phân mà collagen có các ứng dụng khác nhau. Collagen hydrolysate (collagen thuy phân ) được sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, và công nghiệp nhiếp ảnh. Chúng được sử dụng như chất đông, chất gây lắng trong thực phẩm. Chúng được dùng như chất thay thế cao su, keo dán, xi măng, mực in lụa nhân tạo, là chất tạo kết dính trong diêm quẹt. Chúng được dùng trong bộ lọc sáng cho đèn thủy ngân. Trong sản xuất thực phẩm : Collagen được dùng để làm vỏ bao xúc xích, màng bọc kẹo, làm nguyên liệu sản xuất một số loại thực phẩm dinh dưỡng, thực phẩm chức năng. Tất nhiên chúng phải trải qua một quá trình chế biến để đạt được những tính chất ứng d ụng mong muốn. Trong các sản phẩm phô mai, người ta thêm vào một hàm lượng collagen hydrolysate nhằm ngăn chặn sự mất nước. Ngoài ra, trong sản phẩm bơ sữa, collagen đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ mịn, độ sánh cho sản phẩm, cũng như thay thế hàm lượng chất béo trong các loại thực phẩm này. Hình 1.6.1 - Sản phẩm phomat có chứa collagen hydrolysate làm giảm hàm lượng chất béo Trong sản phẩm kẹo dẻo, sự có mặt của collagen hydrolysate cung cấp cho sản phẩm độ dẻo, dai và mềm do chúng ngăn chặn sự kết tinh của đường. Các sản phẩm như vỏ kẹo có chứa 0,5-1% hàm lượng collagen hydrolysate với vai trò làm giảm sự tan chảy. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 26
37. Ứng dụng của collagen Hình 1.6.2 – Sản phẩm kẹo dẻo có vỏ màng là collagen hydrolysate Trong công nghiệp sản xuất kẹo mứt, collagen hydrolysate được sử dụng làm chất tạo gel, chất kết dính, tạo xốp, làm chậm quá trình tan kẹo trong miệng. Hình 1.6.3 - Collagen hydrolysate làm chất kết dính trong thanh kẹo Trong các sản phẩm như thịt hộp, thịt nguội , collagen hydrolysate chiếm từ 1-5% giúp giữ hương vị tự nhiên của sản phẩm, đồng thời cũng là một chất kết dính giúp cho việc tạo hình sản phẩm dễ dàng hơn. Hình 1.6.4 – Sản phẩm thịt nguội có chứa collagen hydrolysate Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 27
38. Ứng dụng của collagen Trong công nghiệp sản xuất rượu bia và nước hoa quả, collagen hydrolysate sử dụng như chất làm trong sản phẩm . Nhờ vậy, sản phẩm khi làm ra có màu sắc trong suốt và óng ánh. Hình 1.6.5 – Collagen hydrolysate làm trong các loại thức uống 1.6.2 Ứng dụng trong y học và dược phẩm Trong y học và dược phẩm, collagen được sử dụng trong sản xuất bao con nhộng cứng và mềm. Nó có tác dụng bảo vệ thuốc chống những tác nhân có hại như ánh sáng và oxi. Thành phần chính của vỏ bao là collagen và các tá dược khác như: glycerol hay sorbitol, những chất hoạt động bề mặt, chất màu cho phép, hương liệu. Viên nang mềm có thể có hình viên bi, hình trứng, hình trụ, hình giọt, hình hạt đậu, dung lượng 0,1-0,5g chứa dịch lỏng sánh. Viên nang cứng gồm hai mảnh lồng khít vào nhau, hình con nhộng, thành mỏng, kích cỡ 1/40mm, chế tạo bằng máy với quy mô lớn, đựng chất thuốc đã nghiền thành bột. Viên thuốc với vỏ bao collagen đảm bảo cho bệnh nhân có thể nuốt viên thuốc một cách dễ dàng. Hình 1.6.6 – Viên nang mềm có lớp vỏ ngoài làm từ collagen. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 28
39. Ứng dụng của collagen Viên nang cứng gồm hai mảnh lồng khít vào nhau, hình con nhộng, thành mỏng, kích cỡ 1/40mm, chế tạo bằng máy với quy mô lớn, đựng chất thuốc đã nghiền thành bột. Viên thuốc với vỏ bao collagen đảm bảo cho bệnh nhân có thể nuốt viên thuốc một cách dễ dàng. . Hình 1.6.7 – Viên nang cứng làm từ chất liệu collagen Collagen cònđư ợc sử dụng để làm ra các gạc vô trùng sử dụng trong giải phẩu Nhóm các nhà nghiên cứu trường Đại học Wisconsin-Madison đã t ạo ra dạng collagen bền nhất được khoa học biết đến hiện nay. Đây là giải pháp thay thế ổn định collagen ở người và một ngày nào đó có thể được dùng để điều trị chứng viêm khớp và các tình trạng thiếu collagen. Collagen là dạng protein có nhiều nhất trong cơ thể người, tạo ra các khối và bó dây chắc chắn, có tác dụng hỗ trợ cấu trúc của da, các cơ quan, sụn và xương, đồng thời là tế bào liên kết giữa các bộ phận này. Nhiều thập kỷ qua, các bác sĩ s ử dụng collagen từ bò để điều trị các vết bỏng nghiêm trọng và các vết thương khác. Collagen nhân tạo là liệu pháp chữa trị nhiều bệnh như viêm khớp do thoái hóa collagen tự nhiên trong cơ thể. Để tạo ra loại collagen mới này, các nhà khoa học đã thay thế 2/3 lượng axit amin thông thường của protein bằng các dạng ít dẻo, giúp cấu trúc chung của protein cứng hơn và duy trì được hình dạng của chúng. Tính đột phá của cách tiếp cận này là sử dụng các vật liệu cứng hơn có hình dạng tương tự với các hình dạng protein chức năng sau khi gấp nếp. Dạng collagen mới gắn kết với nhau ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ collagen tự nhiên phân rã. Mặc dù được tạo thành chủ yếu từ các acid amin không có trong tự nhiên, nhưng hình ảnh chụp tia X tinh thể cấu trúc 3 chiều của collagen tạo ra trong phòng thí nghiệm cho thấy, không có sự khác biệt với collagen tự nhiên. Sản phẩm collagen bền vững thực sự là một bằng chứng về khả năng của hóa học protein hiện đại. Collagen đã đư ợc sử dụng rộng rãi trong phẫu thuật thẩm mỹ, hỗ trợ chữa bệnh cho bệnh nhân bỏng, làm tái tạo xương và rất nhiều trong nha khoa, phẫu thuật chỉnh hình. Khi khớp xương bị thoái hóa, lượng chất nhầy giữa hai khớp mất đi, không còn có tác dụng làm trơn và vì th ế cử động co duỗi khớp gối khó khăn và đau nhức. Để tái tạo khớp, người ta tiến hành bó collagen hydrolysate xung quanh khớp, dần dần chúng thấm sâu vào trong, làm trơn, và cải thiện tình hình khớp xương. Dĩ nhiên là k ỹ thuật này đòi hỏi chất lượng collagen rất cao và chuyên biệt cho khớp. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 29
40. Ứng dụng của collagen Trong phẩu thuật nội soi, collagen hydrolysate được ứng dụng để bôi vào các ống nội soi, có tác dụng bôi trơn, vì th ế các bác sĩ d ễ dàng đưa các ống này vào cơ thể bệnh nhân mà không gây đau. Sau thời gian từ 40 – 60 phút, collagen sẽ tan hủy trong cơ thể bệnh nhân mà không gây hại gì. Hình 1.6.8 - Ứng dụng collagen hydrolysate trong kỹ thuật nội soi Trong nha khoa, collagen được chế tạo thành các mảnh bọt biển (sponges), chúng là một tác nhân cầm máu. Những mảnh bọt biển này có khả năng hấp thụ một lượng chất lỏng gấp 50 lần khối lượng của chúng, vì thế chúng có khả năng cầm máu nhanh chóng. Một ứng dụng khá hay trong nha khoa là các bácĩ s tạo ra một lớp men răng nhân tạo bằng collagen hysrlysate có chứa các ion calcium, phosphate, fluoride áp lên bề mặt răng thật , vì thế răng được bảo vệ khỏi các tác nhân gây sâu răng. Hình 1.6.9 – Collagen hydrolysate trong các mảnh bọt biển sử dụng trong nha khoa 1.6.3 Ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm Colagen chứa các tác nhân làm ẩm tự nhiên đối với cơ thể, có vai trò chống nhăn, giữ cho da mềm và sáng; hơn nữa colagen còn dùng làm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm như: mặt nạ, kem dưỡng da cao cấp, dầu gội, các sản phẩm dưỡng tóc cũng như các loại sữa tắm Collagen hydrolysate là thành phần trong các sản ph ẩm mặt nạ dưỡng da chúng kết hợp với các tinh chất trong mật ong, dầu oliu, tinh dầu hoa hồng có tác dụng dưỡng ẩm cho da, tái tạo làn da mệt mỏi, bảo vệ da khỏi các tác nhân tia tử ngoại , khói bụi, hóa chất Vì thế da được trẻ hóa, tươi tắn. Dưới tác dụng của các tác nhân tia tử ngoại, thuốc nhuộm tóc, thuốc duỗi tóc tóc dễ bị tổn thương, chẻ ngọn, mất đi vẻ bong mượt. trong các sản phẩm chăm sóc tóc thường có bổ sung một lượng collagen hydrolysate có tác dụng bảo vệ cho tóc, phục hồi hư tổn. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 30
41. Ứng dụng collagen trong thực phẩm Chương 2 ỨNG DỤNG COLLAGEN TRONG THỰC PHẨM Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 31
42. Collagen bôt 2.1 Collagen bôt 2.1.1 Nguyên liệu Nhìn chung, trong ngành công nghiệp collagen, các dạng collagen thương mại đều từ da và xương động vật có vú như trâu, bò, heo, , phế thải của ngành chế biến gia cầm. Tuy nhiên, nguồn động vật ở cạn này không phù hợp với nhiều vùng tín ngưỡng, tôn giáo; khó điều khiển về chất lượng và có thể lây nhiễm các tác nhân sinh học và chất độc như: BSE (bệnh bò điên), FMD (b ệnh lở mồm long móng). Vì thế, hiện nay người ta tìm nguồn thu nhận collagen mới từ da, xương, vây của cá và các loài thủy sản khác. 2.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất collagen bột Nagai, Suzuki (2000) đã nghiên cứu quá trình tách chiết collagen từ phụ phẩm da, xương, vây của các loài cá ngừ (Katsuwonus pelamis), cá pecca nhật bản (Lateolabrax japonicus), cá thu (Scomber japonicus), cá trap vàng (Dentex tumifrons), cá mập (Heterodontus japonicus). Da, xương và vây được bảo quản ở 25oC đến kh i sử dụng. Tất cả các quá trình từ bước tiền xử lí đến tách chiết đều tiến hành ở 4oC (hình 2.2.1). Hình 2.1.1 - Quy trình chiết collagen bằng cid acetic (acid-soluble collagen – ASC) Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 32
43. Collagen bôt Chỉ nói về phần da cá, trước tiên là bước tiền xử lý bằng NaOH 1% để loại các chất non-collagen (chất béo, chất màu, chất gây mùi tanh). Da tiếp tục được xử lý với butyl alcohol 10% để loại tiếp tạp chất. Sau đó là quá trình tách chi ết collagen bằng acid acetic 0,5M trong 3 ngày. Ly tâm lấy phần dịch, còn phần bã đem chiết lần 2 cũng với acid acetic 0,5M trong 2 ngày nữa. Ly tâm lấy phần dịch. Cả hai phần dịch chiết thu được là dịch lỏng, hơi sánh, gọi là acid-soluble collagen (ASC). Để thu nhận collagen, cho NaCl rắn vào phần dịch chiết này đến nồng độ 0,9M. Đến đâ y collagen thô đã được kết tủa. Để thu được collagen sạch, tiến hành ly tâm, lấy phần tủa hoà tan vào acid acetic 0,5M. Thẩm tách thu được collagen sạch. Collagen sạch được làm lạnh khô và cất trữ ở nhiệt độ lạnh. Hiệu suất tách chiết đạt được tương đối cao 51,4% (cá pecca Nhật Bản), 49,8% (cá thu), 50,1% (cá mập) (tính trên trọng lượng khô). Nagai và cộng sự (2002) tiếp tục phát triển các phương pháp tách chiết collagen trên da của loài cá nóc (Takifugu rubripes) bằng enzyme pepsin (hình 2.1.2): Hình 2.1.2 - Quy trình chiết collagen bằng pepsin (pepsin-soluble collagen – PSC) Ở bước tiền xử lý loại tạp chất vẫn sử dụng NaOH và butyl alcohol. Nhưng đến giai đoạn tách chiết, ngoài việc chiết bằng acid acetic, tác giả còn sử dụng chiết bằng Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 33
44. Collagen bôt enzyme pepsin. Da cá sau khi rửa sạch tạp chất, được chiết với acid acetic 0,5M, trong 3 ngày. Ly tâm lấy phần dịch cho kết tủa với NaCl bổ sung đệm tris-HCl (pH 7,5), được collagen thô. Còn phần bã đư ợc chiết tiếp bằng hổn hợp acid acetic 0,5M và pepsin 10% (w/v), trong 2 ngày, ở 4oC. Công đoạn tinh sạch collagen cũng ti ến hành như bài báo năm 2000 của tác giả. Sau khi kết tủa collagen thô bằng NaCl, ly tâm lấy phần tủa hòa tan vào acid acetic 0,5M, để loại bỏ các tạp chất không tan trong acid. Thẩm tách loại bỏ acid acetic. Làm khô lạnh tạo sản phẩm collagen sạch có thể sử dụng trong một số lĩnh vực. Trong bài báo này, tác giả đã phát triển thêm một cách tách chiết collagen đó là phương pháp sử dụng enzyme. Da cá không tan hoàn toàn trong acid acetic nhưng tan hoàn toàn trong enzyme pepsin proteolysis. Hiệu suất chiết bằng enzyme (44,7%) cao hơn chiết bằng acid acetic (10,7%). Có thể cho rằng việc bổ sung enzyme giúp cho sự phá vỡ các màng tế bào nhanh hơn và mạnh hơn. Vì th ế collagen càng dễ dàng được tách ra và cho hiệu suất tách chiết cao. Chin Ying Hiao (2004) đã đưa ra quy trình chi ết collagen trong đó có sử dụng quá trình lên men vi khuẩn Bacillus (hình 2.1.3): Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 34
45. Collagen bôt Vi khuẩn Bacillus Nguyên liệu Nhân giống cấp 1 Xử lý Nhân giống cấp 2 Phối trộn Lên men Nước Rửa Nước thải Pepsin+HAc Chiết Than hoạt tính Lọc Bã Dung dịch Kết tủa Dung dịch thải Membrane 0,3µm Thẩm tích Nước thải Ly tâm Nước thải Sấy thăng hoa Nghiền Rây Bột collagen Hình 2.1.3 - Quy trình chiết collagen có mặt vi khuẩn Bacillus - Xử lý nguyên liệu đầu vào: Nguyên liệu có thể là phế phẩm của ngành chế biến gia cầm, da heo, da trâu bò, phế liệu cá, Tùy theo nguồn nguyên liệu đầu vào mà tác giả có phương án xử lý khác nhau. Chẳng hạn, đối với nguyên liệu là da heo thì cách xử lý như sau: Đầu tiên, da heo được rửa hai lần với nước cất để làm sạch da nguyên liệu và giảm thiểu sự lây nhiễm. Quá trình rửa sử dụng kết hợp dung dịch NaOH 0 ,2N và dung dịch hypoclorua trong nước 0,01-0,2% trong thời gian từ 15 đến 40 phút. Sau đó, da heo sẽ được cắt thành mẫu nhỏ kích thước 0,5x0,5cm, rửa lại bằng nước nóng và để ráo. - Chuẩn bị giống cấy: Vi khuẩn Gram (+) thuộc giống Bacillus được sử dụng trong quá trình lên men tách chiết collagen. Vi khuẩn được nhân giống cấp 1 trong 25ml môi trường dinh Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 35
46. Collagen bôt dưỡng ở 37oC trong 24 giờ, tốc độ lắ đảo là 150 vòng/phút. Sau đó, nhân giống cấp 2 với thể tích 100ml trong thiết bị lên men trong 24 giờ, tốc độ lắc đảo là 450 vòng/phút. Tiếp theo, phần da đã xử lý được phối trộn với vi khuẩn đã nhân giống, lượng da sử dụng 10-40%(w/v). Tốc độ lắc đảo khi l ên men là 350 vòng/phút, thời gian từ 18 -48 giờ. - Da sau khi lên men sẽ được rửa sạch rồi cho vào dung dịch nồng độ 3%(w/v) chứa acid acetic (HAc) 0,5M (pH 3,0) và pepsin 0,4-2%(w/v), khuấy trộn nhẹ trong khoảng thời gian không quá 48 giờ, thường là 36 giờ. Sau đó, collagen sẽ tan hoàn toàn trong dung dịch này và dụng dịch sẽ cho qua than hoạt tính rồi sau đó ly tâm tốc độ 5000xg trong 50 phút. Các quá trình tiếp theo tương tự như các quy trình tách chiết collagen trên. Quy trình này khá phức tạp do phải qua quá trình nuôi cấy vi khuẩn. Tuy nhiên, chính nhờ qua trinh lên (sự hoạt động của vi khuẩn), màng tế bào trong mô da được phân giải và sự lôi kéo collagen đi vào dung dịch tách chiết xảy ra dễ dàng hơn. 2.1.3 Sản phẩm collagen bột tinh sạch Sản phẩm collagen tinh sạch tôt đạt độ tinh khiêt lên đên trên 99%. Hình 2.1.4 – Bột collagen tinh sạch Tuy nhiên tuy thuộc av o môi ứng dụng cụ thê (tính chất sản phẩm , tinh công nghệ yêu cầu ơ collagen ) ma ta se lựa chon collagen có độ tinh sạch phu hơp . Chăng hạn, khi ứng dụng collagen nhưa l tác nhân al m trong cho các sản phẩm thứcô u ng thì đoi hỏi collagen phải có độ tinh sạch rất cao (trên 99%), rất ít hoăc hầu như không có chất béo; nhưng khi sư dụng collagen av o chê biên các sản phẩm từ thịt thì yêu cầu về ham lương chất béo trong col lagen không quá quan trong . Collagen từ thu nhận từơ l n (pork collagen) có các yêu cầu về chi tiêu hóa lý va vi sinh như bảng Bảng 2.1.1 – Các chi tiêu hoa lý va vi sinh cua collagen thu n hân tư lơn [11] Thanh phân Ham lương Độ ẩm (% khôi lương sản phẩm ) ≤ 5 Protein tổng (kê cả collagen) (% khôi lương sản phẩm ) ≥ 85 Collagen (% khôi lương sản phẩm ) ≥ 40 Ham lương chất béo (% khôi lương sản phẩm ) ≤ 14 Tro tổng (% khôi lương sản phẩm ) ≤ 3 Chi (mg/kg sản phẩm) ≤ 1 Salmonella âm tinh Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 36
47. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa 2.2 Ứng ud ng collagen trong ch ế biến các as n phẩm thưc uống 2.2.1 Ứng dung collagen vao các san phẩm thưc uống (trà, cà phê) nhăm bô sung thêm lương protein cho cơ thê [5] Trước đây, người ta đã c ố gắng nâng cao chất lương cà phê bằng các ngu ồn protein thương mại. Nguồn protein này có thể la casein, sữa và đậu nành . Nhin chung , tất cả nh ững nỗ lực đều không thành công . Độ pH của cà phê mạnh là ở độ pH thấp gần ơv i điểm đăng điện (pH 4,6) của casein. Khi dạng hòa tan trong nư ớc của casein được thêm vào cà phê nóng , casein đông tụ ngay l ập tức và kết tủa. Điều kiện như vậy là hoàn toàn không thể chấp nhận đươc. Whey protein không có điêm đăng điện tại pH đó. Do đó, các nhà nghiên cứu đã thư thêm whey protein vao cà phê. Tuy nhiên, nhiệt độ cao của cà phê cũng lam whey protein biến tính và von cục. Rõ ràng, giá trị cảm quan cua sản phẩm cũng không thể chấp nhận. Các acid trong cà phê tăng đáng kể sự đông tụ whey protein, tương tự như khi phô mai Ricotta được sản xuất từ sữa phô mai bằng cách làm nóng sữa tới 87-88oC, và thêm một lương acid acetic vao s ữa này. Việc sử dụng whey protein để nâng cao chất lương cho cà phê không t ốt hơn mấy so vơi casein. Protein đậu nành cũng bị k ết tủa trong cà phê nóng do nhiệt độ cao và độ pH acid [5]. Một sáng chế năm 2010 cua Connolly va cộng sự liên quan đến sản phẩm th ức uống cà phê co b ổ sung protein. Sản phẩm có thể đươc sản xuất một cách hiệu quả bằng cách bổ sung thêm protein mà không lam xuất hiện bất kỳ tính chấta n o không thể chấp nhận đươc đôi vơi thức uống pha chê. Ý tương của phát minh này là để sản xuất một loại đồ uống cà phê có chứa một lượng đáng kể các loại protein b ổ sung, nhưng vẫn đảm bảo hương v ị và các tính chất cảm quan như cà phê bình thương . Cách bổ sunga n y cũng có thê áp dung cho các sản phẩm đồô u ng pha chê khác , chăng hạn như tra . Những người đã nghiên cứu thì biêt rõ là rất khó đ ể bổ sung thêm một lương protein cho m ột loại đồ uống nóng. Cà phê là một thức uống được chuẩn bị và sư dụng ở nhiệt độ cao, thường là nhiệt độ trên 87- 88oC, và ngoài ra, cà phê có hàm lượng axit cao (độ pH của một tách cà phê mạnh co pH khoảng 4,5 đến pH 4,8). Cho nên, thật khó để tìm thấy một loại protein ổn định theo các điều kiện nhiệt độ cao, và ham lương a cid cao, chẳng hạn như tìm th ấy trong một cốc cà phê. Một loại protein đã được phát hiện sư dụng trong đồ uống, có tính bền acid, la collagen thủy phân. Collagen thủy phân được biết không có mui vị gì đăc trưng , hòa tan được trong nước, và ổn định trong cả điều kiện pH acid và nhi ệt độ cao. Do không có um i vị ăđ c trưng nên collagen thuy phân đư ợc thêm vào ca phê ho ặc thêm vào các thanh phần cua ca phê trước khi pha trong quá trình sản xuấta m không có b ất kỳ ảnh hương nao lên hương vị cua đăc trưng cua sản phẩm . Collagen thủy phân cũng ổn định trong điều kiện môi trương cà phê nóng nên không bị tách pha trong sản phẩm . Tuy nhiên, Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 37
48. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa collagen không phải là một protein chứa đầy đu các thanh phần acid amin . Nó thiêu đáng kể cac acid amin cần thiết như tryptophan, tyrosine. Con người không thể sông đươc nêu chi sư dụng collagen như là nguồn protein duy nhất vi collagen là một loại protein dinh dưỡng nhưng không đầy đủ. Collagen thủy phân có thể được sử dụng để nâng cao chất lương dinh dương cua cà phê, nhưng không thể cho rằng cà phê có chứa một lương protein hoan hảo . Trong những năm gần đây, đã có những tiến bộ công nghệ trong chế biến whey protein. Bởi vì whey protein biến tính nhiệt một cách dễ dàng và thậm chí s ẽ kết tủa trong sản phẩm thứcô u ng pha sẵn thanh trung (ready-to-drink beverage – RTD beverage), nước giải khát, nên chỉ sử dụng tối thiểu trong các đồ uống RTD. Cac nha sản xuất whey protein thấy rằng sự ổn định nhiệt của whey protein cải thiện đáng kể nếu họ thủy phân whey protein bằng enzyme ở mức độ nhẹ (thường là 2% đến 5% thủy phân liên kết peptide). Các sản phẩm th ủy phân đạt được các mức độ đủ để ngăn chặn sự không hòa tan trong nước cua protein, nhưng ơ mức độ thuy phân đủ thấp nay hương vị của protein không đươc giữ nguyên như cũ . Sản phẩm t hủy phân protein thường có mùi khó chịu và vị đắng. Sự ra đời của whey protein thủy phân đã d ẫn đến việc sử dụng rộng rãi của whey protein trong sản phẩm RTD. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng nâng cao chất lương cà phê với các protein nay. Chung làm việc tốt trong cà phê ở mức độ sử dụng thấp, nhưng vấn đề trở nên phức tạp ở mức độ sử dụng cao hơn. Ví dụ, nếu thêm 5 gam whey protein (5,8 gam whey protein isolate hoặc 6,5 g whey protein concentrate 80%) vao 113,4 gam cà phê đậm va nóng, cà phê này sẽ chuyển thành màu trắng và co mùi lưu huỳnh. Khi thêm một chút whey protein thủy phân, cà phê chuyển dần sang màu kem, và vân có mùi lưu huỳnh (mặc dù không mạnh). Rõ ràng sự thay đổi màu sắc trắng và mùi vị cà phê khi bổ sung whey protein thủy phân là điều chưa đươc chấp nhận. Đối với sáng chế này, tác giả thử sử dụng whey protein thủy phân sâu hơn (8% đến 12%). Việc thêm whey protein th ủy phân ơ mức độ sâu hơna n y cho cà phê là m ột sự cải tiến, các màu cà phê vẫn tương tự như của cà phê đôi chứng , không có mùi lưu huỳnh. Tuy nhiên, hương vị và mùi thay đổi đáng kể vì những mùi mạnh mẽ của sản phẩm thủy phân. Thí nghiệm cho thấy rằng loại whey protein thủy phân ơ mứ c độ cao không chấp nhận đê tăng cường chất lương cà phê. Chất lượng dinh dưỡng của một protein không đầy đủ có thể được tăng cường đáng kể bằng cách pha trộn các protein không đầy đủ với một protein chất lượng dinh dưỡng cao. Hai loại protein được cho là bổ sung cho nhau, một nguồn cung cấp acid amin vơi số lượng đủ để bù đắp cho những thiếu hụt của các protein khác. Whey protein là một protein bổ sung cho collagen. Ngươi ta pha trộn whey protein va collagen vơi ti lệ 50% : 50% để sản xuất sản phẩm chứa protein đầy đu cac acid amin. Ho đã thử trộn một hỗn hợp của whey protein thủy phân và collagen thủy phân vao cà Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 38
49. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa phê. Tổng lương protein bổ sung al 5 gram protein/4 ounce cà phê uông . Điều này sẽ mang lại một ly cà phê 8 ounce tiêu chuẩn, với 10 gram protein (bằng 20% giá trị tiêu thụ protein hằng ngay theo thiêt lập của chính phủ Hoa Kỳ) [5]. Collagen thủy phân tan trong nước, ổn định nhiệt được sử dụng có thể có nguồn gốc từ bò, lợn, hoặc cá. Các whey protein có thê có ngu ồn gốc từ whey protein isolate hay concentrate, với mức độ th ủy phân phu hơp cho sản phẩm , đảm bảo tính chất cả m quan tôt . Whey protein isolate hay concentrate đươc thuy phân tôt nhất al 8% đên 12%. Bất kỳ loại hương cà phê tự nhiên, tự nhiên và nhân tạo, hoặc nhân tạo đều có thể được sử dụng để bổ sung hương vị của thức uống. Việc thêm hương v ị la không bắt buộc, nhưng thương ngươi ta sừ dụng đê đảm bảo sự chấp nhậnu c a ngư ời tiêu dùng. Lấy ív như trong sáng ch ế này, bổ sung vao 115 gram cà phê nóng, 2,75 gam collagen thủy phân, và 3,3 gram whey protein thủy phân. Khôi lương sản phẩm cuôi la 113,4 gam và chứa 5 gram protein. Kết quả, cà phê giữ lại màu tối của nó và không phát hiện bất kỳ mùi lưu huỳnh hoặc hương vị nao khác lạ . Tuy nhiên, hầu hết ngươi thư cho rằng sản phẩm có sự khác biệt giữa mâu đôi chứng và mâu đã bổ sung protein . Cà phê đôi chứng có m ột mùi cà phê và hương vị mạnh hơn. Khi thêm một lượng 0,5 gam hương cà phê tự nhiên thi t ất cả ngươi thư đồng ý rằng cà phê có bổ sung protein rất gần vơi hương v ị và mùi cà phê đôi chứng . Do đó, việc bổ sung một lương collagen thủy phân và whey protein thuy phân và m ột số lượng rất nhỏ của hương cà phê tự nhiên, se cung c ấp một loại sản phẩm cà phê b ổ sung protein, với giá trị dinh dương protein đươc nâng cao , nhưng mà vẫn giữ lại tất cả các thuộc tính của cà phê như mong muốn của người tiêu dung [5]. Tóm lại , trong phat minh nay , một loại th ức uống cà phê đã đươc b ổ sung protein bao gồm collagen thủy phân, whey protein thủy phân. Ngoai ra, một lượng rất nhỏ của hương cà phê tự nhiên cũng đươc bổ sung đ ể tăng mùi vị của thức uống. Loại sản phẩma n y đươc bổ sung thêm khoảng 2%(w/w) collagen thủy phân, 3%(w/w) whey protein thủy phân, va ít hơn ½ %(w/w) hương cà phê tự nhiên. Phương pháp bổ sung protein nay cũng đươc áp dụng cho cả sản phẩm tra [5]. 2.2.2 Ứng dung collagen lam trong các as n phẩm thưc uống oc côn [4] Đồ uống có cồn không chưng cất từ nho, táo, lê, mạch nha, hoa bia, và các vật liệu lên men khác đều gây đục sau khi lên men chính. Thanh phần gây đụca n y là do các hạt nhỏ đường kính 1,0 µm đên 0,001 µm. Chung thường la ba nho , nấm men, peptide, pectins, dextrans, tannin, nhựa hop, polyphenol và các loại tương tự. Để có được một sản phẩm ngon miệng, trong suôt, cần thiết phải loại bỏ các vật liệu gây đục bằng một quá trình được goi la lam trong . Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 39
50. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa Theo quy định tại Hoa Kỳ và các nước khác, yêu cầu các tac nhân lam trong đối với rượu không làm thay đổi tính cách cơ bản của rượu vang, và trong trường hợp của đồ uống có cồn không chưng cất , nhiều nước yêu cầu không đươc giữ lại tác nhân lam trong trong sản phâm cuôi cung . Thông thường, việc al m trong đư ợc thực hiện bằng cách tạo phức giữa tác nhân lam trong vơi tác nhân gây đụca v loc bỏ phức chất tạo thanh . Cac tac nhân lam trong tiêu biểu là bentonit, carbon, gelatin, casein, polyvinylpyrrolidone va thạch (từ bóng ca, bản chấta l collagen ). Phức chất được sử dụng ở đây có nghĩa và đ ề cập đến sự kết hợp hóa học và/hoặc kết hợp vật lý. Trong quá trình lam trong thông thường, các tac nhân lam trong được đươc bổ sung av các đồ uống có cồn lên men và u cho đến khi đạt độ trong theo yêu cầu . Qua trinh này được thực hiện trong nhiều ngày và trong trường hợp của bia là khoảng năm ngày. Các phức hợp của các tac nhân lam trong va tác nhân gây đục thường có kích thước hạt rất nhỏ, có xu hướng gây tắc nghẽn các bộ lọc và yêu cầu thay các phương tiện lọc thường xuyên. Một trong những tac nhân thương đươc áp dụ ng vì tua đươc hầu hêt các tác nhân gây đục trong rư ợu và bia là thạch. Tuy nhiên , thạch thì đ ắt tiền. Thạch la m ột dạng tương đối tinh khiết của collagen, có nguồn gốc từ các bong bóng của những con cá l ớn, ví dụ Beluga Sturgeon và các loài tương tự. Theo sáng chế năm 1984 cua Cioca va cộng sự, một phương pháp lam trong các sản phẩm đ ồ uống có cồn được nghiên cứu . Phương pháp bao gồm việc phôi trộn các hạt collagen tự nhiên với một loại th ức uống có cồn va đem u . Hôn hơp đươ c u trong một khoảng thời gian đủ để các hạt collagen tạo ph ức chất vơi các thanh phần gây đục trong sản phẩm , sau đó các phức chất tạo thanh đư ợc tách bằng cách lọc hoặc phương pháp tương tự để sản xuất sản phẩm lo ại đồ uống có cồn đạt độ trong yêu cầu . Sáng chê nay đã cung cấp tác nhâna l m trong luôn s ẵn có và hiệu quả cho cac sản phẩm đ ồ uống lên men có cồn. Hơn nữa theo phát minh nay , phức chất tạo thanh giữa tác nhâna l m trong va vật gây đục cho sản phẩm c ó thể dễ dàng loại bỏ bằng cách lọc do kích thước của vật liệu được lọc lớn; đồng thơi phức chất khóa hoa tan trơ lại trong sản phẩm nên việc tách loại cũng dê dang hơn . Đó al collagen . Collagen tự nhiên đư ợc sử dụng ở đây muôn nói êđ n collagen tinh khiết đươc trích chiêt từ l ơp chân bì trong da av đã qua tách béo . Các collagen đươc sư dụng ơ đây tôt nhất từ động vật gia để cung cấp một số lượng đáng kể các liên kêt ngang va cấu trúc dạng sơi . Collagen tồn tại trong một chuỗi xoắn ba cùng với các chu kỳ liên tục giữa các chuỗi ba. Các chuỗi xoắn ba của collagen tự nhiên đôi khi được gọi là một sợi nhỏ và các sợi kết với một chu kỳ trục của khoảng 640 . Collagen đươc sư dụng ơ dạng hạt , kích thước hạÅt cần nh ỏ hơn 1 mm và tốt nhất al nhỏ hơn 0,5 mm. Kích thước hạt của collagen là quan trọng, kích thước hạt Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 40
51. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa càng nhỏ diện tích bề mặt tiêp xúc để tạo phức cang lơn. Ham lương collag en vơi k ich thươc nhỏ hơn 0,5mm đươc thêm va o sản phẩm khoảng 10ppm. Không có giơi hạn ham lương tối đa của collagen có thể được thêm vào đồ uống có cồn, tuy nhiên, thương không quá 100ppm collagen được sử dụng, vì không cần thiêt va lam cho quá trình ol c thêm phức tạp. Mặc dù các collagen tự nhiên có thể được thêm trực tiếp vào đồ uống có cồn lên men ơ dạng b ột mịn, nhưng cần phải phân tán collagen trong nư ớc trước khi cho vao sản phẩm . Hệ phân tán tạo thanh có thê chứa đên 5%(w/w) collagen. Thông thường, ngươi ta sư dụng khoảng 1%(w/w) collagen hoăc thấp hơn . Sau khi collagen bột đư ợc thêm vào đồ uống có cồn, hôn hơp đư ợc đem u . Ngươi ta thấy rằng , trong trường hợp của bia, sau khoảng bốn giờ, quá trình tạo phứ c đã hoan tất av phức chất đã lắngô xu ng đáy thiêt bị . Đây là một lợi thế nổi trội so với các vật liệu lam trong khac những vật liệua m thời gian tạo phức dài hơn nhiều . Collagen tạo phứcơ v i tác nhân gây đục trong hầu hêt cá c sản phẩm thứcô u ng có cồn chi trong vòng 24 giờ. Tiếp theo quá trình u , phức chất tạo thanh giữa vật liệua l m trong va tác nhân gây đục đư ợc tách ra bằng cách lọc. Theo phat minh nay , phức chất tạo thanh do collagen rất dê lo c, không có xu hương lam tắc nghen mang loc . Do đó, vận tôc loc nhanh hơn , thiêt bị ol c hoạt động đươc lâu hơn va vì vậy thơi gian thay đổi am ng loc kéo dai hơn. Kêt quả từ phát minha n y cũng cho thấy , collagen tự nhiên l a một loại vật liệu lam trong hiệu quả , có khả năng loại bỏ hoan toan các tác nhân gây đục trong sản phẩm. Nhơ đó, sản phẩm sản xuất ra đảm bả o đươc độ trong theo yêu cầu . Trong phat minh nay , collagen đã tinh sạch đươc phân tan vao nước ở nồng độ 0,5% tính theo trọng lượng. Một phần trăm (theo khôi lương dịch cầna l m trong ) huyền phu collagen 0,5% đươc cho vao bia đã lên men av trộn đều . Sau 4 giơ u, hầu hêt collagen đã tạo phứcơ v i tác nhân gây đục trong bia av lắng xuông đáy thiêt bị . Sau đó, hôn hơp đươc loc, loại bỏ phần rắn , ta thu đươc phần bia đạt độ trong theo yêu cầu . Các hạt, sợi collagen thường được trích chiêt t ừ da động vật lớn tuổi đê đạt m ức độ liên kêt ngang cao , đê có khả năng tạo phức nhanha v loc dê dang hơn . Collagen có thể được sản xuất theo một số quy trình, miễn là chung đạt độ liên kêt ngang the o yêu cầu va đã tạch chất béo. Mặc dù phát minh này đã đư ợc mô tả đối với nguyên liệu cụ thể và quy trình cụ thể, sáng chế nay s ẽ chỉ được giới hạn trong chừng mực được đặt ra trong những khăng định đi kèm . Các khăng định đó bao gồm : Phương pháp làm trong đồ uống có cồn, bao gồm: Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 41
52. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa . Phôi trộn áđ ng collagen tự nhiên v ới một thức uống có cồn để u, ham lương collagen sư dụng khoảng 10ppm hay tôt hơn la 50ppm ; . Ủ hôn hơp trong một thời gian đủ để cho collagen tạo phức chất vơi các thanh phần gây đục trong đồ uống; . Tách các phức chất tạo thanh đê thu đươc đồ uống có cồn đạt độ trong theo yêu cầu. Collagen đươc sư dụng có kích thước hạt nhỏ hơn 1 mm hay tôt nhất al nhỏ hơn 0,5 mm. Collagen đươc sư dụng cần hoa th anh huyền phu trong nươc trươc khi cho vao dịch sản phẩm đê lam trong . Nồng độ huyền phu collagen có thê lên đên 5%(w/w), thương nhỏ hơn 1%(w/w). Phức chất tạo thanh đươc tách ra khỏi sản phẩm bằng phương phápo l c . Sản phẩm đươc nghiên cứu trong phát minha n y la bia . Ngoai ra cũng áp dụng đươc cho rươu vang. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 42
53. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa 2.3 Ứng ud ng collagen trong ch ế biến các as n phẩm tư sưa [21] Trong sáng chế cua Ogasawara va cộng sự năm 2008, sản phẩm thức uống sữa lên men (sữa chua – acidic milk – AM), đặc biệt la sản phẩm AM đươc bổ sung collagen peptide trọng lượng phân tử thấp (collagen thuy phân ) để ổn định chất lương cho AM đươc quan tâm nghiên cứu . Collagen là một thành phần protein chủ yếu hình thành các mô liên kết của động vật. Collagen thông thường được sử dụng trong các sản phẩm khác nhau với mục tiêu cung cấp cho làn da sự căng thẳng và độ đàn hồi. Gần đây hơn, thu hút sự chú ý của nhiều nha nghiên cứu , collagen là như một nguyên liệu trong nganh thực phẩm do phát hiện ra nhiều hiệu ứng sinh lý như thúc đẩy sự hấp thụ canxi xương, kích hoạt của noron thần kinh, Nhiều loại đ ồ uống khác nhau đã đươc bổ sung collagen hoặc các sản phẩm thu nhận từ collagen như : gelatin, collagen peptide (sản phẩm uth y phân collagen ơ mức độ cao ) đã được kết hợp với một mục tiêu tăng cường tinh thương mại của collagen, trong đó có các sản phẩm sữa chua (AM). Sữa uống lên men được thu nhận ằb ng cách acid hóa sữa nhơ lên men với các vi khuẩn lactic, vi khuẩn nhóm Bifidobacterium, nấm men ; hoăc bằng cách trực tiếp axit hóa sữa với các tác nhân tạo tính acid đã tạo hươngị v đặc trưng cho sữa . Tuy nhiên , nếu những đồ uống được lưu trữ trong một thời gian dài , casein trong sữa là thành phần đông tụ và kết tủa , làm hỏng cẩu t rúc và hương ịv cua sản phẩm . Protein sữa được ổn định bằng cách cho thêm một chất ổn định như pectin , carboxymethylcellulose , propylene glycol alginate , polysaccharide đậu tương tan trong nước, Nhiều đồ uống sữa chua có chứa các chất ổn định đã đượ c thương mại hóa . Tuy nhiên , nếu một hơp chất collagen được bổ sung vào thức uống sữa lên men (sau đây gọi chung la acidic milk drink – AMD), sự ổn định bằng cách cho thêm các chất ổn định là kém. Kết quả là, sự ổn định lưu trữ không đủ lâu dài. Mặc dù như vậy sự giảm độ ổn định có thể được cải thiện ở một mức độ nhất định bằng cách thêm vào một lượng lớn các chất ổn định , việc bổ sung một số lượng lớn các chất ổn định làm cho hương vị cua sản phẩm không tôt . Ngoài ra, các thức uống trở nên nhớt và khó uông . Sự ổn định lưu trữ lâu dài có thể được cải thiện bằng cách giảm lượng collagen được thêm vào AMD. Tuy nhiên, lượng collagen là quá nhỏ cho các AMD nên khô ng thê thực hiện phương ána n y . Do đó, mong muôn về sự phát triển một sản ph ẩm AMD bổ sung collagen mà không làm suyếu y sự ổn định của các protein sữa đã được đăt ra. Các nhà phát minh trong sáng chế nay đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng để giải quyết các vấn đề nêu trên . Ho đã tìm thấy rằng nếu collagen peptide vơi trọng lư ợng phân tử nhỏ khoảng 1000 – 8700 đươc sử dụng kết hợp với chất ổn định , collagen có thể được thêm vào AMD mà không làm suy yếu tác dụng của chất ổn định , và sản phẩm không chỉ tôt về sự sự ổn định cấu trúc và hươngị v , ma con có khả năng hạ n chê các tính chất không mongô mu n do collagen gây ra . Mục đích của sáng chế nay là cung cấp một thức uống AMD ổn định chứa peptide collagen có phân tư lương thấp được sản xuất bằng cách thủy phân collagen Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 43
54. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa thành những phân tử có phân tư l ương thấp hơn (trung bình từ 1000 đên 8700) và ổn định. Đồng thơi sáng chê nay con cung cấp một chất phụ gia có tác dụnga l m bền AMD khi sư dung vơi các chất ổn định khác . Đó al collgen peptide . Có một số báo cáo về peptide collagen trọng lượng phân tử thấp collagen được sản xuất bằng cách thủy phân với kiềm hoặc enzyme . Ví dụ, sáng chế ứng dụng Nhật Bản Laid -open số 111600/1977 cho biêt một thành phần mỹ phẩm hoặc chất cải thiện thực phẩm có chứa peptide collagen có trọng lượng phân tử thấp ; sáng chế ứng dụng Nhật Bản Laid -open số 12937/1977 cho biêt một phương pháp cải thiện thực phẩm la thêm thêm một ít peptide collagen có trọng lượng phân tử thấp (1000 -10 000). Tuy nhiên, việc bổ sung peptide collagen vao thức ôu n g, đăc biệt al AMD thì chưa đươc biêt nhiều . Phương pháp thủy phân bằng e nzym là phương pháp thích hợp hơn đê thuy phân collagen. Thủy phân bằng cách sử dụng axit hoặc kiềm tạo ra muối khi axit hoặc kiềm được trung hoà, dẫn đến một hương vị không tôt. Ngoài ra, do việc kiểm soát trọng lượng phân tử là quan trọng cho sự ổn định của các AMD, thủy phân bằng cách sử dụng một loại enzyme thủy phân protein (protease) như papain, bromelain, và pepsine được ưa chuộng hơn. Để đạt được các mục đích của sáng chế nay , các peptide collagen đạt được bằng cách này nên có trọng lượng phân tử trung bình trong khoảng 1000-8700, tốt hơn la 1000-5500, và đặc biệt tốt 1000-3500. Nếu trọng lượng phân tử trung bình là nhỏ hơn 1000, hương vị đậm có nguồn gốc từ peptide collagen trọng lượng phân tử thấp có thể được cảm nhận , nếu trong lương phân tư cao hơn 8700, việc cải thiện sự ổn định có thể không đạt yêu cầu . Các chất ổn định được bổ sung vào AMD của sáng chế nay là các hợp chất có khả năng ổn định các protein có khả năng đông hay kết tủa trong vùng pH axit. Pectin, carboxymethylcellulose (CMC), propylene glycol alginate, polysaccharides đậu tương tan trong nước, Xanthan gum, gellan gum, Các loại chất ổn định được sử dụng trong AMD cần lựa chon phu hơp theo đăc tính sản phẩm . Ví dụ, sự ổn định và hương vị tôt có thể thu được bằng cach sử dụng pectin cho sữa lên men co nồng độ chất khô cao, pH khoảng 3,8-4,6. Việc sử dụng một hoặc nhiều hợp chất được lựa chọn (pectin, carboxymethylcellulose, propylene glycol alginate, và polysaccharidesậu đ tương tan trong nước, ) như là một chất ổn định cùng với collagen peptide trọng lượng phân tử thấp đặc biệt ưa chuộng hơn , do hiệu ứng cao trong việc cải thiện giảm sự ổn định AMD. Đặc biệt , pectin cải thiện hương vị của AMD khi sử dụng cùng với collagen peptide trọng lượng phân tử thấp rất tôt . Mặc dù không có giới hạn cụ thể về lượng peptide collagen thêm vào AMD trong sáng chế nay, nhưng thương dung trong khoảng 0,01-5,0% khôi lượng sản phẩm cuôi và tốt hơn la 0,1-2,0% . Nếu ít hơn 0,01%, tác dụng vềă m t sinh lý của collagen se Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 44
55. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa không đáng kê . Nếu nhiều hơn 5,0%, hương vị của các phân tử peptide collagen trội hơn, làm cho sản phẩm không thể có hương vị tốt. Ở đây, sảm phẩm AMD la thức uống với pH bằng hoặc nhỏ hơn điểm đăng điện của các protein sữa (pH 4,4-5,2) bao gồm các loại sữa lên men , các sản phẩm lên men lactic từ sữa , kefirs, AMD của sáng chế nay có thể được sản xuất theo một phương pháp thông thường ngoại trừ việc bổ sung các peptide collagen trọng lượng phân tử thấp và chất ổn định tại bất kỳ bước nao của quá trình sản xuất sản phẩm. Ví dụ, sữa lên men được sản xuất như sau. Vi khuẩn lactic acid hoặc nhóm vi khuẩn Bifidobacterium được cấy av lên men trong môi trường sữa tiệt trùng . Sản phẩm sau lên men đươc đồng hóa để thu nhận sữa lên men . Tiếp theo, phần syrup đã đươc chuẩn bị trươc có chứa collagen peptide trọng lượng phân tử thấp và chất ổn định đươc thêm vào và hỗn hợp được đồng hóa b ằng thiêt bị đồng hóa , tiếp theo là việc bổ sung các hương vị một để có sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra, việc bổ sung collagena v chat ổn định có thê thực hiện đồng thơi hoăc riêng re, có thê bổ sung av o trươc hoăc sau khi lên men . Một điều cần phải được làm rõ la tại sao collagen can thiệp hiệu quả ổn định của chất ổn định. Điều đó có thể liên quan đến sựđi ện tích dương của collagen ở pH tương đương hoặc thấp hơn điểm đăng điện (pH 4,5-9,5) và sựu tich điện âm của chất ổn định được sử dụng cho AMD. Các tương tác điện giữa các chất ổn định và collagen có thể làm cho chúng kết hợp và cản trở chất ổn định khỏi việca l m giảm độ ổn định protein sữa. Việc sử dụng các phân tử collagen peptide có trọng lượng phân tử trung bình nhỏ làm suy yếu sự phản ứng với chất ổn định. Điều này được cho là làm giảm tác động của peptide collagen đên việc ức chế khả năng ổn định của chất ổn định. Có thể thay đổi một cách thích hợp các điều kiện thủy phân của collagen để thay đổi các điểm đăng điện của collagen. Tuy nhiên, ảnh hưởng của thay đổi điểm đăng điện không như hiệu quả bằng giảm trọng lượng phân tử. Lấy một thí nghiệm trong sáng chê nay minh hoa . Sản phẩm AMD được chuẩn bị bằng cách thêm các collagen peptide và pec tin (một chất ổn định ) va đánh giá sự ổn định và hương vị cua sản phẩm theo thơi gian bảo quản. Sản phẩm AMD được chuẩn bị như sau : sữa bột tách kem đã được phôi trộn ơv i nước (ti lệ sữa : nươc la 1:4 theo khôi lương ). Sau khi tiệt trùng trong 3 giâyở 120°C va lam nguội , vi khuẩn lactic đã được cấy av lên men trong 24 giờ, sau đó ta thu được sữa lên men . Lấy sữa lên men thu được đồng hóa tại 15Mpa. Sản phẩm đã đồng hóa được trộn với syrup để có được sản ph ẩm cuôi (ti lệ sữa lên men : syrup la 2:3 theo khôi lương ). Syrup sử dụng đã được chuẩn bị bằng cách trộn và hòa tan maltitol (5% sản phẩm cuối cùng), peptide collagen (0,3%), pectin (0,3%), và aspartame (0,01%), tiệt trung trong 3 giây ở 120°C. (1) Đánh giá tính ổn định khi bảo quản Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 45
56. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa Sản phẩm AMD chuẩn bị theo phương pháp trên đã được cho phép bảo quản 21 ngày ở 10 °C. Xác định tính chất sản phẩm vào ngày 14 và ngày 21. Kết quả được thể hiện trong bảng bên dươi . Bảng 2.3.1 – Kêt qua đánh giá tính tính ổn định khi bao quan cua san phẩm trong thí nghiệm 1 [21] Mâu Trong lương pH Độ nhơt Sự kêt tua* Tach whey phân tư collagen (mPa.s) (mm) peptide 14 21 14 21 14 21 14 21 ngay ngay ngay ngay ngay ngay ngay ngay C Không bổ sung 4,46 4,46 26 25 0 0 2 2 T1 762 4,46 4,46 27 27 0 0 2 2 T2 1210 4,46 4,46 29 30 0 0 2 2 T3 1838 4,46 4,46 31 31 0 0 2 2 T4 2500 4,46 4,46 27 27 1 1 2 3 T5 3608 4,46 4,46 25 24 1 1 2 2 T6 5418 4,46 4,46 21 22 1 2 2 4 T7 5589 4,46 4,46 23 21 1 2 2 4 T8 6913 4,46 4,46 27 26 1 2 2 4 T9 8754 4,46 4,46 24 21 2 2 3 5 T10 9523 4,46 4,46 21 20 2 3 4 6 *Sự kêt tua được đánh giá theo các tiêu chuẩn sau đây: Điểm Mô tả 0 Không có kêt tua 1 Kêt tua rất ít 2 Kêt tua ít 3 Kêt tua nhiều Các kết quả cho thấy rằng lượng kêt tua và tách whey là nhỏ và không có vấn đề thực tiễn khi collagen peptide có trọng lượng phân tử nhỏ hơn 8700, đặc biệt là 5500 hoặc nhỏ hơn, được sử dụng. Đặc biệt, khi peptide collagen với trọng lượng phân tử 3500 hoặc nhỏ hơn được ổb sung , sản phẩm là ổn định như những mâu không chứa peptide collagen. (2) Đánh giá về Hương vị Các thức uống sữa chua ở trên (mâu C , T1-T10) được đánh giá cảm quan. Các kết quả được thể hiện trong bảng bên dươi. Bảng 2.3.2 - Kêt qua đánh giá hương vi san phẩm trong thí nghiệm 1 [21] Mâu Điêm số* C 2 Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 46
57. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa T1 1 T2 3 T3 3 T4 3 T5 3 T6 3 T7 2 T8 2 T9 2 T10 2 *Điểm Mô tả 0 Hương vị là xấu 1 Hương vị là hơi xấu 2 Hương vị là công bằng 3 Hương vị là tốt Kết quả là hương vị và cấu truc tôt khi collagen peptide có trọng lượng phân tử trung bình là 1000đ ến 8700 được sử dụng. Collagen peptide có trọng lượng phân tử trung bình là 1000 đến 5500 đươc dung trong thức uống , đặc biệt la sản xuất AMD cho hương vị cảm quan tôt. Các sản phẩm AMD trong sáng chê nay được chuẩn bị bằng phương pháp như mô tả ở trên đạt sự ổn định và có tính chất cảm quan tôt do đươc hô trơ bằng collagen, nhơ collagen giúp ổn định protein sữa và không ức chế khả năng khả năng al m bền của các chất ổn định. Việc bổ sung thêm collagen peptide cho AMD không chỉ co tác động sinh lý tôt như cung cấp cho làn da sự căng thẳng và độ đàn hồi cao , thúc đẩy sự hấp thụ canxi xương, kích hoạt thần kinh , ma con lam giảm các hương vị không mongô mu n do các chấa l m bền cấu trúc sữa khác gây nên trong sản phẩm , giúp sản phẩm đạt giá trị cảm quan rất tôt . Tóm lại , trong sang chê nay , sản phẩm AMD bao gồm: sữa lên men , collagen peptide có trọng lượng phân tử trung bình 1000-8700 (có thể được sản xuất bằng cách thủy phân collagen), và ít nhất một chất ổn định được chọn từ nhóm gồm pectin, carboxymethylcellulose, propylene glycol alginate, và polysaccharides ậđu tương tan trong nước. Trong đó, sữa đã được lên men bằng vi khuẩn lactic (Bifidobacterium, ), nấm men , hoăc bổ sung tác nhâna l m a cid hóa sữa. Ham lương các peptide co llagen bổ sung trong khoảng 0,1-2,0% khôi lương sản phẩma v các c hất ổn định đươc bổ sung 0,1-1,0% khôi lương sản phẩm [21]. Trong một sáng chê khác cua Kano va cộng sự năm 2008, các nha nghiên cứu đã cung cấp một thành phần cung vơi sữa lên men có nguồn gốc từ sản phẩm tự nhiên , rất an toàn, có tác dụng sinh lý tôt và /hoặc điều trị hiệu quả cho da . Theo sáng chê nay cho biêt, có thê sử dụng Streptococcus thermophilus OLS3059 trong cải thi ện và/hoặc điều trị làn da. Một thành phần để cải thiện và/ hoặc điều trị da bao gồm Streptococcus thermophilus OLS3059 và/hoặc canh trương lên men cua chúng ; thực phẩm và đồ Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 47
58. Ưng dung collagen trong chế biến cac sản phâm từ sữa uống chứa các thành phần nay ; sữa lên men để cải thiện làn và/hoặc điều trị da đươc chuẩn bị bằng cách sử dụng Lactobacillus bulgaricus delbrueckii và Streptococcus thermophilus OLS3059; và sữa lên men để cải thiện và/hoặc điều trị da chứa peptide collagen[13]. Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 48
59. Ưng dung collagen trong chế biến thịt – thuy sản 2.4 Ứng ud ng col lagen trong chế biến thit va thuy san 2.4.1 Nhưng ưng dung phô biên cua collagen trong nganh chê biên thit – thuy san [16] Collagen là polymer sinh học duy nhất co trong t ự nhiên cần thiết cho sự toàn vẹn về cấu trúc của hầu hết các cơ quan và bộ phận cơ thể. Trình tự acid amin của các chuỗi polypeptide và cấu trúc phân tử của collagen giữ vai tro tr ực tiếp cho nhiều đăc tinh của nó. Collagen là mạng lưới có khả năng chịu lực cường độ cao trong cơ thể vì sự hiện diện của cac liên kết liên phân tử kế va các liên kêt tạo mạng lươi . Bản chất và mật độ cua các liên kêt này là y ếu tố quyết định lớn về tính chất v ật lý và hóa của các mô. Các nguồn chính cua collagen trong nganh chê biên thịt là da đ ộng vật. Ngoài ra, với việc sử dụng ngày càng tăng các thiêt bị đ ể loại bỏ gân từ thịt, phần ơl n các thanh phần chứa collagen đang tr ở nên có sẵn từ các phần phân đoạn trong nganh chê biên thịt . Khi xem xét các lựa ch ọn cho việc sử dụng cac s ản phẩm chứa colla gen, điều quan trọng là cần th ấy đươc kh ả năng xử lý, trích chiêt ho ặc tái cơ cấu collagen được xác định bởi các loại liên kêt lam bền mạng cấu trúc cua nó . Bản chất của các liên êk t liên phân tử của collagen chủ yếu liên quan đến các nguồn mô của collagen . Có hai kiêu liên kêt khác bi ệt cua collagen la hydroxyallysine và allysine . Kiêu hydroxyallysine ổn định nhiệt hơn, tốc độ ổn định nhiệt nhanh hơn so với allysine, và chiếm ưu thế trong collagen tiêm bắp. Kiêu allysine là ph ổ biến ở da và một số loại gân. Các liên kêt ổn định collagen phát triển trong hệ thống allysine , nhưng chung khác bi ệt với collagen tiêm bắp và phát triển với một tốc độ chậm hơn . Hai nganh công nghi ệp chế biến collagen chính la gelatine và vỏ bao xúc xích , sư dụng ơl p chân bì ơ da , một nguồn nguyên liệua gi u collagen , dê trương nơ , trích chiêt va thuy phân. Liên kê t ngang ơ collagen từ ơl p chân bì nhiềua v ổn định hơn soơ v i collagen trong thịt. Vỏ bọc tái sinh Hầu hết mọi người đã quen thuộc với vỏ xúc xích collagen tái sinh được sản xuất từ lơp chân bì ơ da trâu , bò. Sản phẩm này được sản xuất từ sợi collagen nghiền va đã qua tinh sạch , chúng đươc cho trương nơ trong acid đê tạo thanh dạng bột sệt . Sau đó được ép đùn qua một ống hút đặc biệt trong đó các s ợi collagen đươc ép theo định hướng mong muốn để sản xuất một mẫu dệt chéo. Collagen đươc ép đun có d ạng ống đó, khô và đóng gói . Các tính chất và đ ặc biệt là các tấm của vật liệu lam v ỏ có thể được điều khiển bằng cách thay đổi mức độ liên kêt ho ặc mức độ ổn định của collagen trong vỏ. Các chi phí trong việc sản xuất vỏ boc collagen tái sinh là cao . Cho đên năm 1993, chi có một nha sản xuất vỏ ob c collagen t ại Úc la Devro . Gần đây, cac nha s ản xuất lớn về sản sản xuất ovỏ b c collagen cho xúc xích đã bắt đầu tung ra thị trương sản phẩm phim collagen ph ẳng đươc sử dụng như là một vỏ Tổng quan ứng dụng collagen trong thực phẩm 49