Đề tài Tách chiết Gelatin từ da cá Basa

- 15 - Ở pH mà không có sự di chuyển xảy ra gọi là điểm đẳng điện và tại pH này, dung dịch gelatin kém bền nhất, dễ tủa, có hàm lượng tối đa các phân tử protein không tích điện. Nó được xác định một cách dễ dàng bởi hỗn hợp trao đổi ion resin và được biểu hiện bởi đơn vị pH. Tính lưỡng tính và điển đẳng điện của gelatin loại A nằm trong khoảng pH = 8-9 và phụ thuộc vào thời gian xử lý. Trong khi đó, gelatin lọai B có điểm đẳng điện là 5,2 sau 4 tuần ngâm với nước vôi và giá trị này sẽ được giảm dần xuống 4,8 nếu thời gian ngâm kéo dài hơn 4 tuần. Ngoài ra, điểm đẳng điện còn phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch. Điểm đẳng điện có thể xác định ở giá trị pH mà tại đó gelatin có độ cực đại. e, Tính hòa tan của gelatin: Gelatin tan một phần trong nước. Gelatin khô sẽ phồng lên hay ngậm nước khi khuấy ở trong nước ( hỗn hợp không chứa quá 34% gelatn). Ở nhiệt độ 400C gelatin và với thời gian là 30 phút, gelatin sẽ hòa tan hoàn toàn tạo thành dung dịch đồng nhất. Mức độ hòa tan của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và kích thước phân tử. Gelatin tan trong các dung môi polyhydric alcohols như: glycerol, propylene, glycol, sorbitol…những dung môi này sữ dụng để làm giảm độ cứng của các tấm gelatin phim. Gelatin không tan trong alcohols, acetone, cacbon tetrachloride, benzen, petroleum và hầu hết trong các dung môi hữu cơ không phân cực. f, Tính ổn định gelatin Gelatin khô được bảo quản trong điều kiện kín ở nhiệt độ phòng có thể bảo quản trong nhiều năm. Tính ổn định của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ và pH. Sự giảm độ bền gel và độ nhớt theo thời gian có thể hạn chế nếu giữ gelatin trong giới hạn pH từ 5-7 và nhiệt độ thấp. - 16 - Duy trì tính ổn định là chức năng của pH và các chất điện giải trong dungđịch gelatin và nó sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Dung dịch hoặc gel gelatin có tính mẫn cảm với vi khuẩn và các enzym phân hủy protein. h, Tính trương phồng Đặc tính trương phồng của gelatin không những quan trọng trong sự savon hóa mà còn trong quá trình sản xuất phim ảnh và sự hòa tan của bao con nhộng trong dược phẩm. Trong gelatin, những liên kết ngang được cho rằng có liên quan đến sự ảnh hưởng đến nhau giữa các chuỗi và điều này làm giảm sự trương phồng. Sự ổn định những liên kết ngang phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, thời gian và chất điện giải. Sự ảnh hưởng của pH và chất điện giải đến sự trương phồng được giải thích bởi thuyết cân bằng của Donnan khi xử lý gelatin như một màng bán thấm. Điều này đã giải thích tại sao gelatin biểu hiện độ trương phồng thấp nhất ở điểm đẳng điện của chúng Các chất điện giải ảnh hưởng đến sự trương phồng của gelatin được sắp xếp theo trật tự của Hofmeister như sau: Ba2+, Ca2+, Mg2+, Cs+, Rb+, NH4+, K+, Na+,Li+, SO42-, CH3COO-, Cl-, Br-, NO3-, I-, SCN-. Tại pH thấp hơn điểm đẳng điện, các anion sẽ ảnh hưởng đến sự phồng, trong khi ở pH cao hơn pH của điển đẳng điện, thì cation đóng vai trò làm giảm sự phồng. Các anion sẽ phá vỡ sự liên kết hydro vốn là nhân tố làm gia tăng sự phồng i, Tính đông đặc Gelatin có tính chất hình thành gel- dung dịch thuận nghịch. Nhiệt độ đông đặc phụ thuộc vào hàm lượng proline và hydroproline. Gelatin có nguồn gốc từ gia súc có nhiệt độ tạo gel cao 30-350C Gelatin da cá, hàm lượng proline và hydroproline thấp có nhiệt độ tạo gel thấp 8-100C 1.2.4 Phân loại gelatin [8][14] - 17 - Có 3 loại gelatin : phụ thuộc vào sự có hay không có bước xử lý với kiềm, chất sẽ làm biến đổi asparagine và glutamine thành acid asparagic và acid glutamic và kết quả là sản phẩm có độ nhớt cao hơn. 1.2.4.1 Gelatin loại A: Nguyên liệu: Từ da heo, da cá và thỉnh thoảng từ xương, phân tử collagen đơn giản. Nguyên liệu được tách chiết với acid, thường ở pH = 4. Quy trình: Gelatin được sản xuất bởi quy trình này có điểm đẳng điện từ 7-9. 1.2.4.2 Gelatin loại B: Nguyên liệu: thường được sử dụng là da bò hoặc da động vật già bị giết mổ, phân tử Collagen phức tạp hơn. Nguyên liệu được xử lý với kiềm. Khi thủy phân asparagine và glutamine tạo thành acid asparagic và acid glutamic tương đối nhanh chóng. Nguyên liệu Rửa sạch Ngâm với acid Đun nóng ở 500C Thu nhận gelatin Lọc - 18 - Quy trình: Gelatin được sản xuất theo quy trình này có điểm đẳng điện từ 4,8-5,2 1.2.4.3 Hỗn hợp gelatin loại A và B: Chất lượng sản phẩm tốt như là Gelatin được sản xuất bởi hai quy trình trên nhưng có điểm đẳng điện nằm bên ngoài giới hạn. Bảng 1.7: Sự khác biệt cơ bản giữa 2 loại gelatin Loại A Loại B pH 3,8 – 5,5 5,0 – 7,5 Điểm đẳng điện 7,0 – 9,0 4,7 – 6,0 Boom gel 50 – 300 50 – 300 Độ tro (%) 0,3 - 2,0 0,5 – 2,0 1.2.5 Ứng dụng của gelatin:[8][12] Gelatin được đánh giá là một chất keo sinh học quan trọng có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, dược phẩm, phim ảnh Rửa sạch Xử lý với kiềm Lọc Nấu ở 500C Xử lý với acid Nguyên liệu Dịch gelatin - 19 - Tùy theo sản phẩm thu nhận được có độ Bloom như thế nào mà ta có những ứng dụng riêng biệt trên các sản phẩm khác nhau 1.2.5.1 Gelatin trong thực phẩm : Trong thực phẩm ngày nay, dựa vào tính chất tan chảy ở nhiệt độ cao và đông đặc ở nhiệt độ thấp người ta ứng dụng trong thực phẩm đông lạnh. Lúc này Gelatin đóng vai trò là một chất keo bảo vệ ngăn chặn sự kết tinh của đường Trong kem và phomát mềm, gelatin ngăn chặn sự mất nước. Ngoài ra trong sản phẩm bơ sữa gelatin đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ mịn, độ sánh cho sản phẩm. Trong kẹo dẻo, gelatin cung cấp cho sản phẩm độ dẻo và dai. Trong thông kê nếu trong kẹo dẻo có chứa 1,7-2,5% gelatin giúp ngăn chặn sự kết tinh đường, vì vậy có thể giữ cho kẹo mềm và dẻo hơn. Các sản phẩm như vỏ kẹo có chứa 0,5-1% gelatin với vai trò làm giảm sự tan chảy Hình 1.5: Các thực phẩm có chứa gelatin Trong công nghiệp sản xuất keo mứt, gelatin sử dụng làm chất tạo gel, tạo xốp, làm chậm quá trình tan kẹo trong miệng với tỉ lệ 2-7%. Trong các sản phẩm như thịt hộp, thịt nguội… Gelatin chiếm từ 1-5% giúp giữ hương vị tự nhiên của sản phẩm. Hình 1.6: Thực phẩm có chứa gelatin Do Gelatin tan trong miệng tạo cảm giác ngon miệng nên được sử dụng làm chất thay thế chất béo. Gelatin thiếu tryptophan, ít methionine, nhiều lysine, nhưng khi kết hợp với các nguồn cung cấp protein khác cũng thành protein tốt. - 20 - Trong công nghiệp sản xuất rượu bia và nước hoa quả, Gelatin sử dụng làm chất làm trong với tỉ lệ 0,002-0,15%. Gelatin có khả năng hấp thụ nước gấp 5-10 lần thể tích của nó nên được sử dụng trong công nghiệp sản xuất đồ hộp để tránh hiện tượng rỉ nước Khả năng ứng dụng của gelatin trong thực phẩm tùy theo độ Bloom được minh họa như sau: Bảng 1.8: Khả năng ứng dụng Gelatin dựa vào độ Bloom 1.2.5.2 Gelatin trong dược phẩm: Gelatin được sử dụng trong sản xuất bao con nhộng cứng hay mềm. Nó có tác dụng bảo vệ thuốc chống những tác nhân có hại như ánh sáng và oxi. Thành phần chính của vỏ là Geltin và các tá dược khác như: glycerol hay sorbitol, những chất hoạt động bề mặt, chất màu cho phép, hương liệu….Gelatin có mặt trong hai loại nang. 1.2.5.2.1 Nang mềm: Gelatin có độ Bloom thấp, loại A (150-200g), loại B(125-175g), hay hỗn hợp A và B. Thường viên bi, có hình trứng, hình trụ, hình giọt, hình hạt đâu, dung lượng 0,1-0,5g chứa dịch lỏng sánh. Loại thực phẩm Mức độ sử dụng Bloom Sản phẩm từ sữa 0,2 - 1,0% 150 - 250 Thực phẩm đông lạnh 0,1 - 0,5% 225 - 250 Kẹo dẻo 1,7 - 2,5% 225 - 275 Vỏ kẹo 0,5 - 1,0% 50 - 100 Bánh xốp 0,5 - 1,0% 50 - 100 Sản phẩm từ thịt 1,0 - 5,0% 175 - 275 Rượu, bia, nước trái cây 0,02 - 0,15% 100 - 200 - 21 - Hình 1.7: Những nang thuốc có chứa gelatin Quá trình sản xuất đòi hỏi kỹ thuật cao để sản xuất các nang vỏ có độ dày đồng nhất. 1.2.5.2.2 Nang cứng: Gelatin có độ Bloom từ vừa đến cao, loại A(240-300g), loại B(200-250g) hay có sự kết hợp giữa A và B. 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 rắn đả nghiền thành bột Î Viên thuốc với vỏ bao gelatin đảm bảo cho bệnh nhân có thể nuốt viên thuốc một cách dễ dàng. Trong khi việc xử lý khẩn cấp tình trạng giản nở mạch máu, gelatin thường được sử dụng để thay thế lượng máu mất đi, từ đó sự hoàn trả lượng máu của bệnh nhân sẽ được cân bằng. Hình 1.8: Những nang thuốc có chứa gelatin - 22 - Việc sử dụng glycerinated gelatin làm thuốc đạn cho thấy những thuận lợi hơn hẳn việc sữ dụng carbowax hay mỡ từ cây ca cao. Gelatin còn được sữ dụng để làm ra các gạc vô trùng sữ dụng trong giải phẩu… Bảng 1.8: Khả năng ứng dụng của gelatin trong dược phẩm tùy theo độ Bloom Bloom của gelatin loại A Bloom của gelatin oại B Vỏ nang cứng 240 - 300 200 - 250 Vỏ nang mềm 150 - 200 125 - 175 Tablet gelatin 75 - 150 75 - 150 1.2.5.3 Gelatin trong kỹ thuật phim ảnh Nguyên liệu chụp ảnh chứa nhiều lớp gelatin được bao phủ lên phim hoặc giấy. Gelatin vận dụng hơn một trăm năm nay như là chất kết dính, chức năng của gelatin hữu ích trong việc sản xuất phim ảnh. Gelatin khi mảnh có độ trương phồng cao và nhất là kết dính nhạy sáng giống như tinh thể bạc với hỗn hợp halogen. Nó là cơ sở của phim và giấy được sữ dụng cho kỹ thuật nhiếp ảnh chuyên và không chuyên, chiếu bóng, chiếu tia X - 23 - Hình 1.9: Các phim ảnh có chứa gelatin Ngày nay trong kỹ thuật in thạch bản, dichromate gelatin nhạy sáng được sử dụng.ánh sáng giúp cố định các liên kết của gelatin với sự hiện diện của dichromate và điều này được ứng dụng trong kỹ thuật in nổi. Chức năng của gelatin trong kỹ nghệ phim ảnh: Là gắn kết các phân tử bạc bromua nhạy sáng. Sự có mặt của gelatin là rất cần thiết trong quá trình sản xuất nhũ. Nhũ gelatin có vai trò quyết định bởi vì nó diều khiển quá trình tạo tinh thể của các halogen bạc, độ nhạy hóa học của ảnh ẩn và rất nhiều các nhân tố khác ảnh hưởng đến phim ảnh. Gelatin sữ dụng làm phim phải có độ Bloom cao (250-310g). Gelatin cá thường có độ Bloom thấp nên ít được sữ dụng trong lĩnh vực này. 1.2.3.4 Gelatin sữ dụng làm chất keo: Trong công nghiệp, gelatin được sữ dụng làm keo dán, dùng để dán nhiều loai vật liệu khác nhau như: keo dán thủy tinh, sứ, gỗ, plastic, kim loai, giấy,… 1.2.3.5 Gelatin giúp cho người bệnh về xương và viêm khớp mãn tính Gelatin thiên nhiên có chức năng quan trọng trong việc cung cấp cho cơ thể người những aminoacid đặc biệt là glycine và proline. Vì vậy, Gelatin có tác động ngăn ngừa và tái sinh lên bộ xương, đặc biệt là hệ thống vận động: xương, sụn, gân, dây chằng. Kiểm tra người mắc bệnh viêm khớp được cho dùng geltin thì có hiệu quả tốt trên xương. - 24 - 1.2.3.6 Gelatin một thực phẩm tốt cho chế độ ăn kiêng Gelatin là nguồn thực phẩm giàu protein, không cholesterol, không đường, không béo, Nó dễ tiêu hóa và được phá hủy hoàn toàn trong cơ thể người mà hiếm xảy ra dị ứng. Nhờ vào những tính chất đặc biệt đó mà Gelatin chiếm vị trí quan trọng trong bữa ăn. Hơn nữa, Gelatin còn có tác dụng làm giảm lượng muối trong máu. Gelatin cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm cân nhờ khả năng tạo gel hóa. Nó có thể thay thế ở một mức độ nào đó cho các sản phẩm có hàm lượng chất béo cao. 1.2.3.7 Gelatin ứng dụng trong nghiên cứu khoa học: Gelatin là môi trường rất tốt cho vi sinh vật phát triển, nên được ứng dụng trong nghiên cứu sự phát triển của vi sinh và một số ứng dụng khác 1.4 Cơ sở lý thuyết chung về sản xuất Gelatin 1.4.1 Nguyên liệu sản xuất Gelatin: Nguyên liệu để sản xuất gelatin là: vẩy, xương, bong bóng và da cá…Vì động vật thủy sản chỉ có những loại cá to, da dày mới bóc được da (như cá nhám, cá Voi, cá Ba sa,….).Xương cá có thể chế ra gelatin nhưng về mặt kinh tế thì quá ít. Vảy cá tuy chiếm tỷ lệ trọng lượng trong cá ít (1-4%), nhưng các loại cá có vảy rất lớn, mặt khác vảy cá thuộc vào bộ phận không ăn được. Bong bóng cá tuy chỉ một số ít có thể dùng để sản xuất geletin nhưng lượng keo nguyên (colagen) rất cao, do đó nó là nguyên liệu tốt dùng để sản xuất gelatin có chất lượng cao 1.4.2 Công nghệ sản xuất Gelatin [6][ 8] 1.4.2.1 Nguyên lý chung: Quá trình sản xuất gelatin gồm những bước sau: - Xử lý nguyên liệu ( ngâm muối, ngâm vôi, ngâm acid…) - Nấu - Lọc, cô đặc dung dịch nấu - Làm lạnh đông - Cắt miếng, làm khô gelatin - 25 - a, Xử lý nguyên liệu: - Ngâm muối: Ngâm muối với nguyên liệu nhằm là rửa sạch các tạp chất bẩn, tẩy mỡ, máu, mùi tanh, cắt đứt các mạch polypeptide của collagen thành các đoạn peptide ngắn. Tạo điều kiện cho quá trình trích ly được dễ dàng, hiệu suất thu hồi gelatin cao - Ngâm vôi: Ngâm vôi là bước xử lý kiềm đối với nguyên liệu, tác dụng của kiềm làm cho tổ chức nguyên liệu mềm mại và loại bỏ các chất hữu cơ như: Albumin, Mucin, sắc tố…Qua nhiều nghiên cứu người ta thấy rằng ngâm vôi là phương pháp hiệu quả nhất trong việc xử lý nguyên liệu. Vì trong quá trình ngâm vôi collagen ít bị tổn thất.Khi ngâm vôi phải thường xuyên khuấy đảo và môi trường pH của nước vôi là 12,2 – 12,4. Để làm tăng độ mềm của nguyên liệu và hòa tan những thành phần các tạp chất phi collagen, có thể cho thêm một ít NaOH để tăng độ kiềm tính. Nhưng nếu dùng lượng kiềm quá nhiều thì ảnh hưởng đến chất lượng của geletin sau này. Nếu thời gian ngâm vôi quá dài cũng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng collagen. Lượng CaO thường dùng khoảng trên dưới 8-10% so với nguyên liệu. - Ngâm acid: Nguyên liệu sau khi ngâm vôi phải đem trung hòa rửa sạch dư lượng vôi và tạp chất. Acid thường dùng là HCl, không dùng H2SO4 , dễ tạo thành CaSO4 không hòa tan ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm theo phản ứng: Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4 Chú ý lượng HCl công nghiệp phải < 1/1.000.000. HCl tác dụng với chất khoáng sản sing ra muối hòa tan và H3PO4 tự do. Phản ứng như sau: Ca3(PO4)2 + 4HCl = 2CaCl2 + Ca(H2PO4)2 Ca3(PO4)2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2H3PO4 Nhưng Ca(H2PO4)2 có tính acid, nó có thể tác dụng với Ca3(PO4)2 tạo thành CaHPO4, không tan trong nước: Ca(H2PO4) + Ca3(PO4) = 4CaHPO4 - 26 - Phản ứng sản sinh trong điều kiện sự tuần hoàn của acid chậm, do đó trong quá trình ngâm acid phải thường xuyên loại bỏ những muối trên bằng cách khuấy đều và thay nước nhiều lần. Trong quá trình ngâm có bọt nổi lên đó là do CO2 thoát ra do phản ứng của cacbonat canxi với acid HCl: CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O b, Nấu Nấu gelatin là bước làm cho collagen biến thành keo dưới tác dụng của nhiệt. Trước hết là đem nguyên lệu đã được xử lý cho vào nước đun nóng ở nhiệt độ nhất định, Collagen từ từ tách ra thành dung dịch keo. Nếu nhiệt độ nấu quá cao (như đun sôi) thì quá trình thủy phân gelatin sẽ diễn ra mạnh mẽ tạo thành Gelatose và gelatone. Khi xảy ra biến đổi đó làm cho độ dính và sức đông của keo giảm xuống. Do đó nên nấu ở nhiệt độ thấp, để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Thời gian nấu quá dài cũng ảnh hưởng đến chất lượng keo, nếu thời gian nấu quá dài ở nhiệt độ cao không những làm cho độ dính và sức đông của keo giảm mà còn làm cho màu sắc của keo đậm lại. Vì thế nấu keo nên tiến hành nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn. Nhưng trong thực tế thì hai điều kiện này mâu thuẫn với nhau, nghĩa là nấu ở nhiệt độ cao thì thời gian nấu ngắn hơn khi nấu ở nhiệt độ thấp. Căn cứ vào kinh nghiệm thì nhiệt độ ảnh hưởng đến phẩm chất và màu sắc của gelatin hơn yếu tố thời gian, do đó nấu ở nhiệt độ thấp thời gian dài tốt hơn c, Lọc và cô đặc dung dịch nấu: Dung dịch sau khi nấu có thể dùng vải lọc qua để loại bỏ lớp da dư thừa. Nếu yêu cầu chất lượng keo cao thì có thể dùng phương pháp lắng đọng. Dưới đây giới thiệu đơn giản các phương pháp đó. - Phương pháp lắng đọng tự nhiên: phương pháp này rất đơn giản, keo nước nấu lần thứ nhất hoặc lần thứ hai đem lọc rồi cho vào thùng đem giữ nhiệt độ ở 500C để lắng đọng, sau đó phân ra, dung dịch keo trong được đưa vào phương pháp xử lý tiếp theo. Phương pháp này thích hợp với dung dịch keo loãng. - Phương pháp lọc hấp thu: phương pháp này là dùng một số chất lọc có tính chất hấp thụ tạp chất để tiến hành phân ly, nhưng khuyết điểm của phương pháp này là mặt lọc rộng và dễ bị tắc, ảnh hưởng đến sản xuất. Chất lọc thường dùng đến than - 27 - xương, trong điều kiện nhiệt độ ở 800C dung dịch keo dễ dàng lọt qua lớp than xương. Dùng phương pháp này để đồng thời tẩy màu và tẩy mùi được - Phương pháp hình thành kết tủa: Nếu trong dung dịch có chất keo ở điều kiện nhiệt độ từ 700C – 800C, cho vào một ít acid phosphoric để tạo kết tủa Ca3(PO4)2. Khi Ca3(PO4)2 lắng xuống có thể kéo theo những tạp chất có trong keo bị lắng xuống. Tạp chất Ca+ còn trong dịch keo là do rửa chưa hết, chưa sạch, những hạt keo mang điện âm giữ lại. Ngoài ra H2SO3, H2SO4 cùng có những tác dụng tương tự ở nhiệt độ 700C – 800C,thường bổ sung SO2 (chất khử mạnh) vào đến lúc cho kết tủa rồi dùng nước vôi trung hòa, sau đó để yên cho nó lắng xuống. Dùng H2SO4 có thể đồng thời tẩy màu làm trắng sản phẩm và có tác dụng chống thối rữa, nhưng nhược điểm của nó là cuối quá trình khó phân ly. Đối với lắng đọng và lọc keo nước thì phương pháp này có hiệu quả nhất định nhưng chỉ dùng để sản xuất những mặt hàng đặc biệt. Nếu yêu cầu chất lượng của gelatin không cao lắm, có thể dùng vải lọc là được mà không cần dùng những phương pháp trên. ™ Cô đặc dung dịch nấu: Keo nấu lần thứ nhất rất đặc, làm lạnh có thể đông lạnh rất tốt viì thế không cần cô đặc nếu có thiết bị làm khô tốt, khí hậu lạnh. Trên thực tế dung dịch keo có phẩm chất tốt, nồng độ đạt 5% lúc làm lạnh là có thể đông lại. Vì dung dịch keo qua bước cô đặc làm giảm độ dính và sức đông của nó nên thường bỏ qua bước này, vừa đơn giản thao tác vừa đảm bảo chất lượng Trong điều kiện nhiệt độ dưới 100C thì dung dịch keo sau khi lọc có thể đông đặc tự nhiên, ta cắt miếng rồi tiến hành làm khô mà không cần thiết phải qua công đoạn cô đặc. Nhưng những lần nấu sau nồng độ của gelatin giảm xuống thấp và trong điều kiện nhiệt độ cao (như Việt Nam) thì công đoạn cô đặc thì rất cần thiết. Nếu có điều kiện cô đặc chân không là tốt nhất, chất lượng và màu sắc của keo cũng tương đối tốt. Cũng cô đặc ở nhiệt độ thường trên dưới 600C, nhưng thời gian cô đặc tương đối dài ảnh hưởng đến độ dính và kéo dài thời gian sản xuất keo. Vì thế có thể tiến hành trong điều kiện áp suất thường có quạt thông gió để làm tăng tốc độ bốc hơi, rút ngắn được ½ thời gian cô đặc không có quạt thông gió d, Làm đông, cắt miếng - 28 - Dung dịch sau khi đã xử lý ở trên cho vào các khay kim loại (khay inox hay khay nhôm) kích thước không nhất định, thường chiều sâu là 1-1,5cm, chiều rộng 25- 30cm là thích hợp. Về mùa đông nhiệt độ tương đối thấp, có thể cho keo đông tự nhiên nhưng mùa hè nhiệt độ cao thì cho vào phòng lạnh làm đông nhân tạo. Nói chung nhiệt độ dưới 150C, thời gian 12-18h thì gelatin có thể đông được hoàn toàn. Sau khi keo đông có thể cắt miếng để làm khô ™ Làm khô keo: Sau khi cắt miếng cho vào khung để tiến hành làm khô, có quạt thông gió. Keo đông có hàm lượng nước 60-70 nếu nhiệt độ làm khô > 200C thì keo bị chảy ra, vì thế nhiệt độ làm khô ban đầu phải dưới 200C về sau có thể nâng đần lên 25-300C để tăng tốc độ làm keo. Làm khô vừa tránh tình trạng keo bị rạn nứt, keo có độ khô thích hợp nhất là lượng nước trong keo còn lại 15-16%. Trong thời gian làm khô tùy theo điều kiện làm khô mà quyết định, nhưng thời gian càng ngắn càng tốt, thường trong khoảng 24h 1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về sản xuất Gelatin 1.5.1 Tình hình nghiên cứu Gelatin ngoài nước: Năm 1754: Người Anh sử dụng Gelatin trong lĩnh vực chất kết dính và cũng vào năm này Anh đã sản xuất chất keo cho thợ mộc, trong loại keo này ngoài thành phần chính là Gelatin còn bổ sung một số chất khác để tăng độ kết dính của keo. Đến thế kỷ XVIII thì việc sản xuất Gelatin đã có mặt tại Pháp. Năm 1871: Richard Leach (một bác sĩ người Anh), đã mở ra một bước ngoặt mới, quyết định cho ngành nhiếp ảnh. Bác sĩ Maddox đã nghiên cứu những bản mỏng khô có phủ lớp Brom-bạc-gelatin sẽ có độ nhạy tốt hơn những bản mỏng ướt được sử dụng trước đây. Những nghiên cứu xa hơn Charles Bennett đã sáng tạo ra một phương pháp mới về chế tạo bản mỏng khô. Một trrong những ưu điểm của công nghệ này là thời gian rửa phim được rút ngắn lại. Năm 1960: Kenney và Ross bước đầu thử nghiệm sản xuất Gelatin từ da cá . Thực phẩm có sử dụng Gelatin cá được đưa ra thị trường từ năm 1981. - 29 - Năm 1974: hiệp hội Gelatin Châu Âu GME (Gelatin Manuafacture of Europe) được thành lập, thể hiện tầm quan trọng của việc sản xuất Gelatin ở các nước Châu Âu. Năm 2001: một công trình nghiên cứu quốc tế được bắt đầu thực hiện bởi GME vào năm 1999 dưới sự bảo hộ của hội đồng Châu Âu một lần nữa khẳng định những điều luật về vật liệu thô và quá trình sản xuất Gelatin ở những nơi đảm bảo cao nhất sự an toàn cho người tiêu dùng. Càng về sau nhiều công trình nghiên cứu mới được thực hiên để đảm bảo chất lượng mục đích yêu cầu sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như : sản xuất keo, chế biến thực phẩm, phim ảnh , y dươc, mỹ phẩm. 1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước [4][5] 1.5.2.1 Quy trình sản xuất gelatin từ vẩy cá Nguyên liệu: Các loại cá khác nhau thì có độ lớn thành phần hóa học của vẩy cá cũng khác nhau do đó lúc sử dụng phải phân loai to nhỏ và tiến hành xử lý riêng, như thế mới nâng cao được chất lượng của gelatin. Sau khi chọn nguyên liệu, tiến hành nhặt bỏ tạp chất, sau đó rửa và ngâm nước. Đối với vẩy cá tươi chỉ cần rửa để loại bỏ tạp chất và chất dính, đối với vẩy cá khô phải tiến hành ngâm nước để khôi phục trạng thái mềm mại ban đầu của nó, đối với vẩy cá muối thì qua bước này cũng loại bỏ muối đi. Ở nhiệt độ 200C thì thời gian ngâm khoảng 1-2 ngày nhưng phải thường xuyên thay nước để tránh bị thối Ngâm vôi: Nguyên liệu sau khi rữa sạch ta tiến hành ngâm vôi, nồng độ dùng trong nước vôi 3 lần ngâm là 0,2-0,4%. Sau khi ngâm vẩy nở ra và khử đi các chất hữu cơ có thể hòa tan trong kiềm. Ngâm vôi lần 1: nồng độ vôi là 0,4% lượng nước vôi dùng khoảng 2,5 đến 3 lần lượng vẩy. Thời gian ngâm 1-2 ngày, trong điều kiện nhiệt độ tương đối cao thì thời gian tốt nhất không quá một ngày để tránh thối. Trong quá trình ngâm nên khuấy đều để tránh hiện tượng tác dụng của vôi không đều lên nguyên liệu. Ngâm vôi lần 2: Sau khi ngâm đủ thời gian thì xả nước vôi rồi vớt ra, dùng nước trong rửa sạch tạp chất và vôi bám trên nguyên liệu và cho vào bể ngâm lần 2 với nồng độ nước vôi là 0,3% với lượng dùng như trên, thời gian ngâm 2-3 ngày, trong thời gian ngâm phải thường xuyên khuấy và kiển tra nước, nếu vẩy biến chất thì phải rút ngắn thời gian ngâm. Kết thúc thời gian ngâm thì vớt ra, rửa sạch và đưa vào - 30 - bể ngâm lần 3. Nồng độ nước vôi là 0,2%, lượng dùng như trên, thời gian ngâm là 4-5 ngày, ngâm xong rửa sạch. Ngâm acid: Trong sản xuất thường dùng HCl công nghiệp. Ngâm acid thường từ 3-4 lần nồng độ acid và thời gian đều khác nhau. + Ngâm acid lần 1: acid 12%, thời gian ngâm từ 10-15 phút. Lượng acid thường dùng từ 2,5-3 lần so với nguyên liệu, sau khi ngâm đủ thời gian thì tiến hành xả acid, vớt vẩy cá ra dùng nước trong rửa sạch. + Ngâm acid lần 2: Nồng độ acid 8%, lượng dung dịch acid dùng từ 2-2,5 lần so với nguyên liệu, thời gian ngâm 1/2h + Ngâm acid lần 3: Nồng độ acid 3-4% lượng acid dùng là 1,5- 2 lần so với nguyên liệu, thời gian ngâm khoảng 2h, sau đó vớt ra rửa sạch rồi sau đó đem ngâm lần 4 + Ngâm acid lần 4: Nồng độ acid >1%, lượng dùng khoảng 3-5 lần so với nguyên liệu, thời gian ngâm khoảng 24h + Nấu: Vì nguyên liệu khác nhau nên điều kiện xử lý, nấu khác nhau, do đó phải căn cứ vào kinh nghiệm cụ thể để xác định Lắng, lọc: Dung dịch sau lúc nấu có thể dùng vỉ để lọc hoặc có thể dùng các phương pháp sau: Lắng đọng tự nhiên Lọc hấp thụ Hình thành kết tủa Cô đặc: Dung dịch gelatin đặc không cần cô đặc nữa, thường thì chỉ cô đặc dung dịch gelatin nấu ở các lần thứ 3 trở về sau. Nhiệt độ cô đặc càng thấp càng tốt Làm đông, cắt miếng: Dung dịch gelatin sau cô đặc cho vào các khay để tiến hành làm đông gelatin. Do đó chất lượng gelatin tương đối tốt, nồng độ cao nên ở nhiệt độ bình thường gelatin vẫn có thể tự đông được. Sau khi gelatin đông có thể tiến hành cắt miếng, độ dày chừng 1cm nếu quá dày thì làm khô sẽ khó khăn hơn và cố gắng cắt đều đặn - 31 - Sơ đồ quy trình sản xuất gelatin từ vẩy cá: Nguyên liệu Ngâm vôi Ngâm acid Lắng, lọc Bảo quản Bao gói Làm đông, cắt miếng Làm khô Nấu chiết Cô đặc - 32 - 1.5.2.2 Từ các nguồn nguyên liệu là xương và da các loại gia súc: Sơ đồ 1. Quy trình thu nhận gelatin từ da và xương gia súc Xương Làm sạch và tách mỡ Nghiền nhỏ Ngâm acid có nồng độ 4-7% trong 2 tuần Ossein Làm khô Ngâm vôi, 5- 15% trong 3-8 tuần Loại bỏ bột xương Loại dicalcium photphat Da các loại da súc Khử lông bằng vôi (khô hay ẩm) Ngâm vôi,5-15%, từ 5-12 tuần Da heo Khử lông Rửa sạch Ngâm trong acid 1-5% từ 10-30 giờ Rửa loại acid Tách bỏ vôi Rửa sạch bằng nước Điều chỉnh pH bằng acid Trích, lọc cô cạn chân không, sấy Gelatin - 33 - Chương 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 34 - 2.1 PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ BASA BẰNG MUỐI [8][9] 2.1.1 Nguyên vật liệu 2.5.1.1 Đối tượng nghiên cứu: Da cá Basa được lấy từ Công ty cổ phần Vĩnh Nguyên. Khu công nghiệp Trà Nốc Thành phố Cần Thơ Địa chỉ: 247 Lý Thường Kiệt Thành phố Cần Thơ 2.1.1.2 Hóa chất: Bảng 2.1: Các hóa chất sử dụng TÊN HÓA CHẤT NỒNG ĐỘ NaCl (99,9 %) Pha đến bảo hòa ở 40C Nước cất Tinh khiết Celite Rắn 2.1.3 Phương pháp Các phương pháp nghiên cứu sử dụng: - Phương pháp phân tích vật lý - Phương pháp phân tích định lượng - Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 2.1.4. Quy trình tách chiết Gelatin: Quy trình thu nhận Gelatin được xây dựng như sau: - 35 - 2.1.4.1 Nguyên liệu: Da cá vận chuyển từ nhà máy về: - Rã đông - Rửa bằng nước sạch nhiều lần để loại bỏ máu và các tạp chất bẩn khác… - Sau khi rữa sạch nguyên liệu ta đem cắt nhỏ da cá khoảng 0,2-0,5cm tạo kích thước đồng đều cho da để tiện xử lý ở các công đoạn tiếp theo 2.1.4.2 Ngâm NaCl Sau khi cắt nhỏ da cá ta tiến hành ngâm muối ở nồng độ bão hòa. Lượng muối NaCl cho vào trong nước cất để đạt độ bão hòa cần thiết được xác định theo thực nghiệm. - Tỉ lệ da cá / dung dịch NaCl bão hòa: 1: ( 2 ÷ 6) - Thời gian ngâm muối:1 ÷ 5 ngày Da cá Rửa sạch Trích ly bằng nhiệt Gelatin sản phẩm Ngâm trong dung dịch muối bão hòa Cắt nhỏ 0,2 – 0,5 cm Nghiền mịn Cô đặc Sấy khô Lọc với chất trợ lọc celite - Nhiệt độ 65 ÷ 750C - Thời gian trích: 4 ÷ 6 h - Tỉ lệ da /nước cất là : 1 : (8÷10) - 36 - Mục đích: nhằm rửa sạch các tạp chất bẩn, tẩy mỡ, máu, mùi tanh, chất nhờn, cắt đứt các mạch polypeptide của Collagen thành các đoạn peptide ngắn. Và các mạch này trở nên lỏng lẻo,tạo điều kiện cho quá trình trích ly được dễ dàng, hiệu suất thu hồi gelatin cao Trong công đoạn này ta tiến hành khảo sát tỉ lệ ngâm muối và thời gian ngâm muối để tìm ra tỉ lệ và thời gian tối ưu mà ở đó ta thu được gelatin với hiệu suất cao nhất 2.1.4.3 Trích Gelatin bằng nhiệt: Sau khi ngâm da cá ta lấy ra rồi rửa sạch đến hết mỡ, chất nhờn, bỏ vào bercher rồi tiến hành trích gelatin bằng nước cất ở nhiệt độ cao. Trong công đoạn này ta tiến hành khảo sát tỉ lệ nước với da, nhiệt độ trích và thời gian trích. Mục đích: Khi qua công đoạn ngâm muối thì các liên kết trong cấu trúc của Collagen sẽ trở nên lỏng lẻo, đồng thời bị phá hủy một phần do đó khi trích ly sẽ làm cho Collagen từ từ tan ra thành dung dịch keo (Gelatin). Collagen phân giải biến thành Gelatin. Theo Hofmeister: C102H149N31O38 + H2O C102H151N31O39 Collagen Gelatin Kết quả phân giải Collagen ngoài sản phẩm chính là Gelatin con có gelatone và genlatose C102H149N31O38 + H2O C102H151N31O39 + C47H70O19 +7 N2 Colagen gelatone gelatose Đây là quá trình phân giải gelatin nếu ta tiến hành trích ở nhiệt độ và thời gian không phù hợp. Nếu như trích ly ở nhiệt độ càng cao và thời gian càng dài thì sự phân giải Collagen ngoài tạo thành Gelatin còn có thể sản sinh ra các sản phẩm phân giải là Gelatone và Gelatose. Do đó trong quá trình trích ly ta phải khảo sát nhiệt độ và thời gian phù hợp để đảm bảo chất lượng của gelatin 2.1.4.4 Lọc, cô đặc dung dịch: - 37 - Sau khi trích ta thu đươc một dung dịch sệt, tiến hành lọc bằng vải để loại bỏ lớp màng da. Đem dung dịch đó lọc qua máy lọc chân không với chất trợ lọc celite để loại bỏ bớt tạp chất và mỡ Tiến hành cô đặc dung dịch ở nhiệt độ tương ứng trong thời gian 5 – 6 giờ để bay bớt hơi nước tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn sấy 2.1.4.5 Sấy, nghiền và bảo quản Sau khi cô đặc đổ dung dịch ra khay rồi tiến hành sấy ở nhiệt độ 60-700C, lúc khô đem sản phẩm nghiền mịn rồi bảo quản nơi thoáng mát. 2.2 KIỂM NGHIỆM NGUYÊN LIỆU VÀ GELATIN SẢN PHẨM:[1][3][4] 2.2.1 Độ ẩm 2.2.1.1 Tiến hành: Rửa sạch chén sứ rồi cho vào sấy khô, đem cân đến khối lượng không đổi. Cân chính xác m1 gam Gelatin hay nguyên liệu, đem sấy khô ở nhiệt độ 105 – 1100C. Lấy ra để nguội trong bình hút ẩm. Cân đến khối lượng không đổi m2 2.2.1.2 Cách tính: Độ ẩm (%) = 2.2.2 Độ tro 2.2.2.1 Tiến hành: Sau khi đo độ ẩm, lấy sản phẩm đem nung ở nhiệt độ 550 – 6000C, để nguội ở bình hút ẩm và cân ở cân phân tích đến khối lượng không đổi 2.2.2.2 Cách tính: Tổng lượng tro (%) = * 100 2.2.3 Xác định acid amin Hydroxyproline trong dung dịch thủy phân bằng phương pháp quang phổ: m1 - m2 m1 Khối lượng tro Khối lượng mẫu khô - 38 - Chuẩn bị dung dịch chuẩn : 25 mg Hydroxyproline tinh khiết hòa trong 250 ml nước (100µg/ml). Tiếp theo lấy :50, 75, 100, 150 µl dung dịch này pha thành 1 ml bằng nước cất ở 4 ống. Sự oxy hóa Hydroxyproline xảy ra khi thêm 1 ml Cloramine B vào mỗi ống, lắc kỹ và để ở nhiệt độ phòng trong 20 phút. Lượng dư Cloramine B được phân hủy bằng cách thêm 1 ml HClO4 3,15M trộn đều và lắc kỹ để dừng quá trình oxy hóa. Sau 5 phút, cho 1ml 20% p-dimethylamino-nobenzaldehyde để thêm vào ống và lắc đều. Ống thí nghiệm được đặt vào bể điều nhiệt ở 600C trong 20 phút và sau đó làm nguộn trong nước khoảng 5 phút. Tiếp theo 5 ml Ethyl Cellosolve được them vào mỗi ống để có thể tích tổng là 10 ml. Kết quả dung dịch chứa 0,5; 0,75; 1,00 và 1,50µg Hydroxyproline như mong muốn. Độ hấp thụ đo được ở λ =557 nm (màu đỏ thẩm) sử dụng cuvet 10ml, chiều dài 2,00 cm. Nước cất được dùng như mẫu đối chuẩn. Hệ số tương quan không thấp hơn 0,999 . Kết quả đo được xử lý bằng phương pháp thống kê toán học ở độ tin cậy p = 0,90 hoặc p = 0,95 cho khoảng tin cậy tính toán được - Chuẩn bị mẫu: Cân khối lượng mẫu, cho acid HCl 6M với tỉ lệ thích hợp vào để thủy phân mẫu, sau đó đuổi hết acid ra khỏi mẫu bằng phương pháp gia nhiệt ở 1100C, pha loảng mẫu và tiến hành đo mẫu như cách xác định đường chuẩn - 39 - Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN - 40 - 3.1 THÍ NGHIỆM TẠO MỨC CƠ SỞ 3.1.1 Công đoạn ngâm muối: Mục đích của công đọan này là khử mùi, mỡ, chất nhầy và muối có tác dụng cắt đứt các mạch polypeptide của Collagen thành các mạch peptide ngắn hơn và làm cho các mạch này trở nên lỏng lẻo tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn trích ly sau này. Ta tiến hành làm thí nghiệm với các yếu tố ảnh hưởng là tỉ lệ da : dung dịch muối và số ngày ngâm dung dịch muối STN Tỉ lệ da:dung dịch muối Số ngày ngâm Tỉ lệ da:nước cất Thời gian trích ly (giờ) Nhiệt độ trích (0C) Gelatin (g) 1 1 : 1 1 1 : 10 4 70 11,0524 2 1 : 3 3 1 : 10 4 70 12,4538 3 1 : 5 5 1 : 10 4 70 12,4521 4 1 : 7 7 1 : 10 4 70 12,4679 5 1: 9 9 1 : 10 4 70 12,4501 Biểu đồ 3.1 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi khối lượng Gelatin theo tỉ lệ da:dung dịch NaCl 10.8 11 11.2 11.4 11.6 11.8 12 12.2 12.4 12.6 0 2 4 6 8 10 Tỷ lệ NaCl (da : dd NaCl) K hố i l ư ợ ng G el at in Độ nhớt Như vây, vào bảng số liệu trên thấy rằng với tỉ lệ da:dung dịch nước cất là 1:3 ngâm trong 3 ngày là cho kết quả tốt nhất. Ta lấy đây làm kết quả để tiến hành các công đoạn sau. 3.1.2 Công đoạn trích ly Ta tiến hành trích ly dung dịch trong dung dịch nước cất ở nhiệt độ cao, công đoạn này Collagen sẽ bị thủy phân thành Gelatin. Các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn này là tỉ lệ da:nước cất, thời gian trích ly và nhiệt độ trích ly - 41 - Chúng tôi có các thí nghiệm sau: Nhiệt độ (0C) 60 65 70 75 80 Khối lượng Gelatin (g) 12.6042 12.7200 12.8621 12.9231 12.8235 Biểu đồ 3.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi khối lượng Gelatin với nhiệt độ trích ly BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI KHỐI LƯỢNG GELATIN THEO NHIỆT ĐỘ 125,500 126,000 126,500 127,000 127,500 128,000 128,500 129,000 129,500 0 20 40 60 80 100 Nhiệt độ (oC) Kh ối lư ợ ng G el at in (g ) khối lượng gelatin Thời gian (giờ) 3 4 5 6 7 Khối lượng Gelatin (g) 122,128 128,621 129,623 131,536 129,835 Biểu đồ 3.3 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi khối lượng Gelatin với thời gian trích ly - 42 - BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI KHỐI LƯỢNG THEO THỜI GIAN 12 12.2 12.4 12.6 12.8 13 13.2 13.4 0 2 4 6 8 Thời gian (giờ) K hố i l ư ợ ng G el at in (g ) Khối lượng gelatin (g) Nhận xét: Theo kết quả trên ở nhiệt độ 750C trong thời gian 6 giờ cho khối lượng Gelatin cao nhất. Đó là do khi tiến hành trích ly Gelatin ở nhiệt độ cao trong thời gian lâu thì gelatin sẽ bị thủy phân mạnh mẽ tạo thành Gelatone và Gelatose. Ảnh hưởng đến chất lượng Gelatin 3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG ĐỌAN NGÂM NACL :[2] 3.2.1 Khảo sát về khối lượng: Công đoạn này chúng tôi chọn các yếu tố ảnh hưởng là: thời gian ngâm muối, tỉ lệ da cá/dung dịch NaCl. Các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn này được mô tả như sau: Công đoạn ngâm muối Tỉ lệ da cá/dung dịch muối Khối lượng Gelatin Thời gian ngâm - 43 - Bảng 3.1: Các yếu tố của công đoạn ngâm muối Sau khi làm thí nghiệm có kết quả như sau: Tỉ lệ Ngày 1 2 3 4 5 1 : 2 11,9630 12,3120 12,4856 12,3436 12,3037 1 : 4 11,8326 12,1236 12,3634 12,2158 12,2642 1 : 6 11,7652 12,1029 12,2267 11,9630 11,8205 Biểu đồ 3. 4 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi khối lượng Gelatin theo tỉ lệ ngâm muối và số ngày ngâm BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI KHỐI LƯỢNG GELATIN PHỤ THUỘC VÀO TỈ LỆ NGÂM MUỐI VÀ SỐ NGÀY NGÂM 11.6000 11.8000 12.0000 12.2000 12.4000 12.6000 0 1 2 3 4 5 6 thời gian ngâm (ngày) Kh ối lư ợ ng G el at in (g ) 1 :2 1:4 1:6 Nhận xét: Dựa vào biểu đồ trên ta nhận thấy hàm lượng gelatin thu được cao ở mức tỉ lệ là 1: 2 và thấp ở mức tỉ lệ là 1:6. Trong khoảng khảo sát hàm lượng gelatin giảm dần khi lệ tăng dần. 3.2.2 Xác định độ nhớt Tiến hành đo độ nhớt ở nhiệt độ 750C Kết quả: Lấy dung dịch chuẩn là acid acetic với độ nhớt μ = 1,04*10-3Ns/m = 1,04 cP - 44 - Nồng độ 2% đo được thời gian 26,83s Đo độ nhớt của Gelatin ta thu được kết quả như sau: Bảng 3.5 : Kết quả độ nhớt của công đoạn ngâm NaCl Thời gian ngâm ( ngày) 1 2 3 4 5 1 :2 1.9356 1.9824 2.15 1.9599 1.8997 1:4 1.9026 1.9124 1.9875 1.93472 1.87 1:6 1.73657 1.7932 1.8261 1.8011 1.7598 Biểu đồ 3. 4 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt theo tỉ lệ da cá với nồng độ muối và thời gian ngâm BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI ĐỘ NHỚT THEO TỈ LỆ NGÂM MUỐI VÀ THỜI GIAN NGÂM MUỐI 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 1 2 3 4 5 6 Thời gian ngâm (ngày) Đ ộ nh ớ t ( C p) 1 :2 1:4 1:6 Nhận xét: Như vậy theo kết quả khối lượng và độ nhớt thì ta thấy rằng khi ngâm da cá với dung dịch NaCl tỉ lệ 1: 2 trong 3 ngày thì cho kết quả tốt nhất. Ta lấy đây làm thông số tối ưu cho các công đoạn tiếp theo 3.3 XÂY DỰNG TỐI ƯU HÓA CHO CÔNG ĐOẠN TRÍCH LY 3.3.1 Tối ưu hóa về khối lượng: Phương pháp thực nghiệm yếu tố toàn phần - 45 - Thực hiện nghiên cứu tối ưu giai đoạn này với 3 yếu tố ảnh hưởng là: Tỉ lệ da : nước cất, Nhiệt độ và thời gian trích ly, Làm 8 thí nghiệm với mức cao và mức thấp như sau: Bảng 3.6: Các yếu tố của công đoạn trích ly Yếu tố Tỉ lệ da : nước cất (ml) (X1) Nhiệt độ (0C) (X2) Thời gian trích (giờ) (X3) Mức cao 1 : 10 75 6 Mức thấp 1 : 8 60 4 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm khối lượng sản phẩm thu được vào 3 yếu tố trên. 8 thí nghiệm được thực hiện như sau: Bảng 3.7: Các thí nhiệm của công đoạn trích ly CÁC YẾU TỐ STN Tỉ lệ da : nước cất (ml) Nhiệt độ (0C) Thời gian trích (giờ) Gelatin (g) 1 1 : 8 65 4 12,8222 2 1 : 10 65 4 13,8065 3 1 : 8 75 4 13,1903 4 1 : 10 75 4 13,7033 5 1 : 8 65 6 12,0048 6 1 : 10 65 6 11,7176 7 1 : 8 75 6 10,6932 - 46 - 8 1 : 10 75 6 11,2826 Thực hiện mã hóa các biến: Bảng 3.8: Bảng mã hóa của công đoạn trích ly STT X0 X1 X2 X3 X1X2 X1X3 X2X3 Y 1 1 -1 -1 -1 1 1 1 12,8222 2 1 1 -1 -1 -1 -1 1 13,8065 3 1 -1 1 -1 -1 1 -1 13,1903 4 1 1 1 -1 1 -1 -1 13,7033 5 1 -1 -1 1 1 -1 -1 12,0048 6 1 1 -1 1 -1 1 -1 11,7176 7 1 -1 1 1 -1 -1 1 10,6932 8 1 1 1 1 1 1 1 11,2826 Cách mã hóa như sau: Đặt: 1 1 0 1 1 2 2 0 2 2 3 3 0 3 3 Z ZX Z Z ZX Z Z ZX Z −= Δ −= Δ −= Δ Trong đó: Z1: Tỉ lệ da cá : nước cất Z2: Nhiệt độ Z3: Thời gian trích Khi Zjmax thì Xj = 1 Khí Zjmin thì Xj = -1 - 47 - max min 0 max min 2 2 j j j j j j Z Z Z Z Z Z += +Δ = Phương trình hồi quy được đưa ra như sau: 0 1 j j jl jl j k Y b b X b X ≤ ≤ = + +∑ ∑ Công thức tính hệ số b được đưa ra như sau: Tính hệ số b đơn: 1 1 N j ji i i b X y N = = ∑ Tính các hệ số b kép: 1 1 ( ) N jl j l i i b X X y N = = ∑ (N : số thí nghiệm tiến hành) b0 b1 b2 b3 b12 b13 b23 12,40381 0,22369 -1,71919 -0,97927 0,05191 -0,14813 0,25019 Tuy nhiên trong những hệ số hồi quy trên có những hệ số số hồi quy không có ý nghĩa. Do đó cần loại bỏ những hệ số hồi quy không có ý nghĩa này. Để kiểm định ý nghĩa của hệ số hồi quy dùng các thí nghiệm của tâm phương án. Kết quả thí nghiệm ở tâm: - 48 - CÁC YẾU TỐ STN Tỉ lệ da : nước cất (ml) Nhiệt độ (0C) Thời gian trích (giờ) Gelatin (g) 1 1 : 9 70 5 12,1964 2 1 : 9 70 5 11,6723 3 1 : 9 70 5 11,2321 Trong đó: 0 0 0 10 2 2 0 10 2 1 1 1 n i i n th i o i th th th b y n s y y n s s ss N − = − = = ⎛ ⎞= −⎜ ⎟− ⎝ ⎠ = = ∑ ∑ n0: Số thí nghiệm tại tâm. 2 ths : Phương sai tái hiện bình phương sth: Phương sai tái hiện. N: Số thí nghiệm thực hiện tại mức cao, mức thấp của các yếu tố ảnh hưởng tới hàm. N = 8. Các hệ số student được tính ra bảng sau: Y − s 2 th Sth sb 11,70026667 0,233055223 0,4827579342 0,170681 - 49 - t0 t1 t2 t3 t12 t13 t23 72,672612 1,310561 10,072582 5,731394 0,304149 3.278102 1,465822 Các hệ số t được tính theo công thức sau: j j b jl jl b b t s b t s = = Tra bảng phân phối student: tp(f) = t0.05(2) = 4.3 f = n0 – 1 : Bậc tự do tái hiện. p = 0.05 : mức ý nghĩa ( độ tin cậy 95%) Nên: t1,t12,t13, t23 bị loại khỏi phương trình hồi quy. Vậy ta có phương trình hồi quy như sau: ^ y = 12,40381 – 1,71919*X2 - 0,97927*X3 Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi quy so với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher như sau: 2 2 ^ 2 1 1 2( ( ) du th N du i i SF S S y iN y= = = −∑ ^ y : kết quả tính được từ phương trình hồi quy. y ^y ^ 2( )y y− - 50 - 12,8222 15,10227 5,153219 13,8065 15,10227 1,679021 13,1903 11,66388 2,329959 13,7033 11,66388 4,159235 12,0048 13,14375 1,297196 11,7176 13,14375 2,03389 10,6932 9,705355 0,975838 11,2826 9,705355 2,487703 Vậy : F = 17,26291463 Tra bảng: F1-p (f1, f2 ) = 19.3 Trong đó: p = 0.05 f1 = N – l = 5 f2 = n0 – 1 = 2 ⇒ F < F1-p (f1, f2 ) ⇒ Phương trình tương thích với thực nghiệm. Như vậy, từ phương trình ^ y = 12,40381 – 1,71919*X2 - 0,97927*X3 ta thấy rằng khối lượng tách chiết không phụ thuộc vào tỉ lệ da cá với nước cất nhưng tỉ lệ nghịch với nhiệt độ và thời gian trích. Đó là do khi ta trích gelatin trong thời gian lâu và nhiệt độ cao thì gelatin sẽ bị thủy phân mạnh mẽ tạo thành Gelatose và gelatone. Tối ưu hóa thực nghiệm theo đường dốc nhất. Hàm mục tiêu là khối lượng Gelatin. Chọn bước chuyển động của một yếu tố bất kỳ δj.Ở đây ta chọn bước chuyển động là yếu tố Nhiệt độ δ2 = δ1 * b2 Δ2 b2 Δ2 - 51 - Bảng 3.9 : Tính toán thực nghiệm tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của công đoạn trích ly Tên X2 (0C) X3 (giờ) Y Mức cơ sở 7 5 Hệ số bj -1,71919 - 0,97927 Khoảng biến thiên 5 1 bj * Δj -8,59595 -0,97927 Bước chuyển δj 5 0,5696 Làm tròn 5 0,5 Thí nghiệm 9 75 5,5 13,9420 Thí nghiệm 10 80 6 13,7862 Thí nghiệm 11 85 6,5 13,5304 Từ kết quả thí nghiệm cho thấy ở nhiệt độ 750C trong thời gian 5,5 giờ thì cho khối lượng Gelatin cao nhất. 3.3.2 Xác định độ nhớt: Tiến hành đo độ nhớt ở nhiệt độ 400C Kết quả: Lấy dung dịch chuẩn là acid acetic với độ nhớt μ = 1,04*10-3Ns/m = 1,04 cP Nồng độ 2% đo được thời gian 26,83s Đo độ nhớt của Gelatin ta thu được kết quả như sau: Bảng 3.10 : Kết quả độ nhớt của công đoạn trích ly STT Tỉ lệ da : Nhiệt độ Thời gian Thời gian Độ nhớt - 52 - nước cất (ml) (0C) trích (giờ) chảy (s) (Cp) 1 1 : 8 65 4 43,78 1,6970 2 1 : 10 65 4 51,26 2,0083 3 1 : 8 75 4 51,64 2,0017 4 1 : 10 75 4 42,55 1,6497 5 1 : 8 65 6 33,27 1,2896 6 1 : 10 65 6 33,80 1,3102 7 1 : 8 75 6 38,67 1,3827 8 1 : 10 75 6 38,85 1,5059 9 1 : 9 70 5 38,34 1,4862 10 1 : 9 70 5 38,14 1,4784 11 1 : 9 70 5 51,89 2,0256 12 1 : 10 75 5,5 52,29 2,0453 13 1 : 10 80 6 40,26 1,7539 14 1 : 10 85 6,5 37,32 1,2486 Biểu đồ 3.5: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của độ nhớt đến nhiệt độ trích ly - 53 - 0 1 1 2 2 3 0 20 40 60 80 100 Nhiệt độ (0C) Độ nhớt (Cp) Độ nhớt Biểu đồ 3.6: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt theo thời gian trích ly 0 1 1 2 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 Thời gian (giờ) Đ ộ nh ớ t ( Cp ) lượng gelatin (g) Nhận xét: Như vậy theo kết quả theo sản lượng và độ nhớt thì ta thấy rằng với nhiệt độ 750C trích trong 5,5 giờ thì khối lượng sản phẩm Gelatin và độ nhớt là cao nhất - 54 - Với những kết quả trên chúng tôi chọn có quy trình tách chiết Gelatin bằng muối như sau: 3.4 KIỂM NGHIỆM NGUYÊN LIỆU VÀ GELATIN SẢN PHẨM [1][7] Da cá Rửa sạch Trích ly bằng nước cất ở nhiệt độ 750C trong 5,5 giờ Gelatin sản phẩm Ngâm trong dung dịch muối bão hòa tỉ lệ 1 : 2 Cắt nhỏ 0,2 – 0,5 cm Nghiền mịn Cô đặc Sấy khô Lọc với chất trợ lọc celite - 55 - 3.4.1 Xác định độ đông: Dung dịch Gelatin 2% khi đặt ở những nhiệt độ khác nhau: Ở 00C: Dung dịch đông lại sau 10 phút, nghiêng cốc 900C dung dịch không đổ Ở 150C: Dung dịch đông lại sau 45 phút, nghiêng cốc 900C dung dịch không đổ Ở 200C: Dung dịch không đông lại sau 2 giờ Ở 300C: Dung dịch cũng không đông lại sau 2 giờ Như vậy, đối với Gelatin trích từ da cá ở nồng độ 2% nhiệt độ đông dưới 150C 3.4.2 Xác định độ nhớt: Với nồng độ 2% thì dung dịch Gelatin tối ưu có độ nhớt là 2,0083. Độ nhớt này khá cao 3.4.3 Xác định độ ẩm 3.4.3.1 Nguyên liệu Khối lượng Da cá trước khi sấy: m1= 1,0080 g Khối lượng Da cá sau khi sấy và cân đến khối lượng không đổi: m2 = 0,378 g Độ ẩm 5,62100. 0080,1 378,00080,1 =−= % 3.4.3.2 Gelatin sản phẩm: Khối lượng Gelatin trước khi sấy: m1 = 1,0008 g Khối lượng Gelatin sau khi sấy và cân đến khối lượng không đổi: m2 = 0,9158 g Độ ẩm 49,8100. 0008,1 9158,00008,1 =−= % Với độ ẩm này ta chỉ cần bảo quản Gelatin trong hộp kín, không cần bảo quản trong bình hút ẩm 3.4.4 Xác định độ tro 3.4.4.1 Nguyên liệu - 56 - Da cá :m1=1,0080 g , m2 = 0,0084 g Độ tro = * 100 = 0,83% 3.4.4.2 Gelatin sản phẩm: Gelatin: m1 = 1,0008 g , m2 = 0,0117 g Độ tro 169,1100. 0008,1 0117,0 == % Phần trăm độ tro của Gelatin nằm trong giới hạn cho phép <2 % 3.4.5 Xác định pH của dung dịch Tiến hành đo pH của Gelatin ở nồng độ 10% thì thu được kết quả pH = 6,4 pH này nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn Anh, 3.4.6 Xác định acid amin Hydroxyproline trong dung dịch thủy phân bằng quang phổ: Với phương pháp đã nêu ở trên ta thu được kết quả: Nồng độ mẫu (µg/ml) 2,5 5 7,5 10 12,5 15 Độ hấp thụ (abs) 0,230 0,450 0,669 0,897 1,107 1,298 Biểu đồ 3.6: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ hấp thụ theo nồng độ mẫu chuẫn 0,0084 1,0080 - 57 - BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI ĐỘ HẤP THU THEO NỒNG ĐỘ MẪU y = 0.0862x + 0.0213 R2 = 0.9993 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 5 10 15 20 NỒNG ĐỘ MẪU (mg/ml) ĐỘ HẤP THỤ (Asb) Mẫu sản phẩm Gelatin tối ưu sau khi tiến hành thủy phân tiến hành như trên, dựa vào đường chuẩn ta có kết quả: DA NGUYÊN LIỆU Gelatin A1 A2 A3 Khối lượng da khô (g) 0.0055 0.0051 0.0047 0.03 Pha loãng (lần) 50 50 50 1000 Lấy 1ml làm các bước so màu 1ml 1ml 1ml 1ml Độ hấp thu 0.488 0.472 0.432 0.812 Suy ra hàm lượng HP (μg/ml) 5.422297 5.242117 4.791667 9.070945946 Tính ra HP (μg/g ướt) 23575.21 24046.41 25487.59 Đổi ra HP (mg/g ướt) 23.575 24.046 25.488 Trung bình HP (mg/g ướt) 24.370 Tính ra HP(μg/g khô) 49293.61 51393.31 50975.18 302364.8649 Đổi ra HP(mg/g khô) 49.29361 51.39331 50.97518 302.3648649 Trung bình HP (mg/g khô) 50.554 Hiệu suất thu hồi Gelatin : - 58 - Ta có: 50g da cá tách chiết được 13,8065 g Gelatin. Dựa vào bảng trên: Da: 0,0051g Î 50.554(mg/g khô) 50 g Î 0051,0 554,50.50=X =495627,45 (mg/g khô) Gelatin: 0,03 g Î 302,3648649 (mg/g khô) 13,8065 g Î 03,0 3648649,302.8065,13=Y =139153,3502 (mg/g khô) Vậy hiệu suất : 100. 415,495627 3502,139153=H % = 28,076% 3.5 MỘT SỐ KẾT QUẢ SO SÁNH VỀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT, CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU VÀ GELATIN SẢN PHẨM:[7][12][14] 3.5.1 Chất lượng Gelatin sản phẩm: Bảng 3.11: So sánh về chất lượng Gelatin Chỉ tiêu Kết quả Tiêu chuẩn Anh Đánh giá Độ nhớt của dung dịch 2% 2,0083 Không giới hạn Đạt pH của dung dịch 10% 6,4 5 – 6,5 Đạt Độ ẩm 8,49% ≤ 16% Đạt Độ tro 1,169% ≤ 2% Đạt Nitơ tổng 88,5% 85 – 90% Đạt - 59 - 3.5.2 Chất lượng nguyên liệu: Chỉ tiêu Kết quả Tiêu chuẩn Đánh giá Độ ẩm 62,5 % 60 – 81% Đạt Độ tro 0,83 % 0,4 – 1,5 % Đạt 3.5.3 So sánh hiệu suất quy trình thu nhận Gelatin bằng muối với một số quy trình khác: Bảng 3.12: So sánh hiệu suất các quy trình thu nhận Gelatin Quy trình Hiệu suất (%) Thu nhận bằng enzyme Fermgem 22,4 Thu nhận bằng acid và base 18 Thu nhận bằng nước vôi 10,3 Thu nhận bằng muối 28,1 Như vậy, từ kết quả trên thấy rằng hiệu suất thu hồi Gelatin bằng muối khá cao - 60 - Chương 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ - 61 - 4.1 KẾT LUẬN: Qua kết quả nghiên cứu, chúng tôi đã tìm được điều kiện thích hợp cho quá trình thu nhận Gelatin bằng muối như sau: - Tỉ lệ da cá : dung dịch muối là 1 : 2, Ngâm trong thời gian 72h - Xác định được nhiệt độ và thời gian tách chiết tối ưu là 750C trong 5,5 giờ Hiện nay đã có một số đề tài nghiên cứu thành công tách chiết Gelatin từ da cá nhưng hiệu suất chưa cao. Đề tài của chúng tôi đã xây dựng được quy trình tách chiết Gelatin bằng muối với hiệu suất khá cao 28%, bên cạnh đó ưu điểm của đề tài là sử dụng nguyên liệu rẻ tiền và là phế phẩm dư thừa ở nước ta, Ít sử dụng hóa chất ( chỉ dùng muối) nên sản phẩm sẽ không độc hại với người sữ dụng và thân thiện với môi trường, tốn ít chi phí trong quá trình sản xuất do đó sản phẩm sẽ rất rẻ tiền và không cần sử dụng nhiều máy móc hiện đại. Tuy nhiên, Gelatin sản phẩm có độ tinh sạch chưa cao. 4.2 KIẾN NGHỊ: - Trong quá trình nghiên cứu do thời gian có hạn nên việc thu thập tài liệu, tìm hiểu sâu rộng về quy trình sản xuất gelatin còn nhiều thiếu sót. - Các trang thiết bị trong thí nghiệm còn nhiều hạn chế nên việc thực hiện đề tài gặp nhiều khó khăn. Do đó, hướng đề xuất để hoàn thiện đề tài là: - Phòng thí nghiệm cần được đầu tư các trang thiết bị nhiều hơn để thuận lợi cho việc nghiên cứu như: máy xác định phân tử lượng, máy điện ly..... 4.3 HIỆU QUẢ KINH TẾ Để đánh giá về hiệu quả kinh tế, về sơ bộ ta phải tính các mặt: chất lượng sản phẩm, giá trị trên thị trường, và thực tế ứng dụng: - Về chất lượng: Gelatin sản phẩm thu được theo quy trình nghiên cứu đạt tiêu chuẩn về độ đông, hiệu suất thu hồi cao - Giá trên thị trường: 1000 đồng/kg da cá tươi - Giá trị kinh tế sản phẩm: Qua quá trình thí nghiệm chúng em thấy cứ 50 g da cá tươi thu nhận được 13,8065 g Gelatin khô - 62 - Như vậy cứ 5kg da cá tươi 1,38 kg Gelatin khô 1 kg da cá tươi 1000 đồng 1kg khô mất 3600 đồng tiền nguyên liệu Chúng tôi ước tính giá thành của 1kg Gelatin từ da cá Basa theo quy trình trên: Bảng 4.1 Hiệu quả kinh tế Như vậy, để sản xuất ra 1kg Gelatin từ da cá mất khoảng 60400 đồng. Trong khi đó giá thành 1kg Gelatin thương mại trên thị trường hiện nay là 100 000 đồng đối với Việt Nam sản xuất, 160 000 đồng đối với Gelatin do Pháp sản xuất. Điều này mở ra hướng phát triển mới thị trường tiêu thụ Gelatin, vẫn có thể sản xuất ra Gelatin có chất lượng tốt nhưng với giá thành rẽ hơn rất nhiều so với Gelatin thương mại Loại nguyên liệu Khối lượng Đơn giá (đồng) Thành tiền (đồng) NaCl 1,3 kg 7 000/1kg 9100 Da cá tươi 3,6 kg 3000/ 1kg 10800 Điện 10 kW 700 7000 Nước cất 10 lít 2000/lít 20000 Celite 50 g 50.000/kg 2500 Giấy what man 1 25 tờ 25 tờ/5000 5000 Nước rửa dụng cụ 2 m3 3.000/1m3 6000 Tổng 60400 - 63 - PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GELATIN Hình 1: Da cá cắt nhỏ trước khi ngâm Hình 2: Dung dịch sau khi trích - 64 - Hình 3: Gelatin dạng miếng Hình 4: Gelatin sản phẩm