Đồ án Collagen và ứng dụng của Collagen

eát ñöôïc ly taâm laïnh. Phaàn baõ ñöôïc chieát tieáp laàn 2 baèng dung dòch acid acetic trong thôøi gian 12h. Ly taâm dòch chieát, taát caû 2 phaàn dòch chieát ñöôïc theâm NaCl ñeán noàng ñoä 0,7M ñeå keát tuûa collagen. Ly taâm laáy phaàn keát tuûa ñem tinh saïch. Löôïng collagen thoâ ñöôïc hoøa tan hoaøn toaøn vaøo dung dòch acid acetic 0,5M ñeå loaïi boû caùc taïp chaát khoâng tan trong acid. Dung dòch ñöôïc thaåm taùch vôùi acid acetic 0,1M trong 3 ngaøy, thay acid moãi ngaøy. Phaàn keát tuûa ñöôïc laøm laïnh khoâ baèng thieát bò ñoâng khoâ khoâ (Labconco Freezone 2,5L, USA) thu ñöôïc saûn phaåm collagen saïch acid soluble collagen (ASC). Phaàn baõ sau khi ñaõ chieát 2 laàn vôùi acid acetic, ñem chieát tieáp tuïc vôùi dung dòch acid acetic 0.5M chöùa 15%(w/w) pepsin trong thôøi gian 30 phuùt ôû nhieät ñoä 40C, khuaáy lieân tuïc. Cho keát tuûa vaø tinh saïch nhö treân, thu ñöôïc collagen saïch pepsin soluble collagen (PSC). Ngoaøi caùc phöông phaùp phaân tích collagen nhö tieán haønh chaïy saéc kí ñieän di, ño ñoä nhôùt vaø nhieät ñoä bieán tính cuûa collagen, taùc giaû coøn nghieân cöùu saâu theâm veà collagen baèng caùch ño phoå haáp thu töû ngoaïi cuûa dung dòch collagen baèng quang phoå keá. Keát quaû cho thaáy raèng maëc duø protein coù böôùc soùng haáp thu cöïc ñaïi ôû vuøng töû ngoaïi gaàn laø 280nm nhöng collagen khoâng coù böôùc soùng naøo trong vuøng naøy. Caû collagen ASC vaø PSC ñeàu haáp thu ôû böôùc soùng laø 233nm. Beân caïnh ñoù, taùc giaû coøn tieán haønh ño phoå hoàng ngoaïi FTIR ñeå xaùc ñònh böôùc soùng haáp thu cuûa caùc amide cuûa caû 2 loaïi collagen laø ASC vaø PSC. Qui trình taùch chieát Collagen söû duïng qui trình leân men cuûa vi khuaån Bacillus Collagen saïch Da caù Nuoâi,uû 37oC(24h) Khuaáy troän UÛ (48h) Röûa saïch Gioáng Bacillus Keát tuûa Chieát Loïc Thaåm tích Pepsin 0.4% Than hoaït tính Nöôùc baån Baõ Nöôùc NaCl Membrance Ly taâm Saáy thaêng hoa 2.2 CAÙC COÂNG TRÌNH NGHIEÂN CÖÙU ÔÛ VIEÄT NAM 2.2.1 Naêm 2008, taùc giaû Leâ Thò Hoàng Nhan coù nhöõng nghieân cöùu treân loaøi caù basa (Pangasius Bocourti) nuoâi taïi caùc tænh ñoàng baèng soâng Cöûu Long. Trong nghieân cöùu naøy ,ôû quaù trình taåy röûa da caù, taùc giaû söû duïng chaát hoaït ñoäng beà maët LasNa keát hôïp vôùi NaOH ñeå loaïi caùc chaát nhaày, chaát beùo. Vaø cuõng söû duïng H2O2 ñeå taåy maøu. Coøn trong quaù trình taùch chieát collagen, phöông phaùp ñöôïc aùp duïng laø chieát baèng acid citric nhöng hieäu suaát thaáp khoaûng 5,76%. Taùc giaû cuõng coù moät soá phaân tích treân saûn phaåm collagen thu ñöôïc. Trong ñoù, nhieät ñoä bieán tính collagen ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông phaùp ño ñoä nhôùt, söû duïng thieát bò Brookfield viscometer HDBV- II. Phaân tích ñoä nhôùt ñöôïc thöïc hieän trong moät beå nöôùc. Nhieät ñoä beå ñöôïc caøi ñaët töø 30oC leân 50oC vôùi toác ñoä 5oC/phuùt vaø giöõ ôû 50oC trong 10 phuùt. Keát quaû ñoä nhôùt giaûm khi ta taêng nhieät ñoä Hình 2.3 Bieåu ñoà söï phuï thuoäc ñoä nhôùt theo nhieät ñoä. Veà nghieân cöùu caáu truùc, taùc giaû söû duïng phöông phaùp chuïp electron ñieän töû queùt scanning electon microscopy-SEM ñeå thaáy roõ hôn veà caáu truùc beà maët collagen vaø so saùnh vôùi beà maët cuûa gelatin. (a) (b) Hình 2.4 Caáu truùc beà maët collagen (a) vaø gelatin (b) CHÖÔNG 3 : ÖÙNG DUÏNG CUÛA COLLAGEN Collagen laø moät daïng protein caáu truùc sôïi daøi vaø haàu heát caùc chöùc naêng cuûa noù khaùc vôùi daïng daïng protein phoå bieán khaùc nhö enzym. Nhöõng boù collagen hay coøn goïi laø nhöõng sôïi collagen laø thaønh phaàn chính cuûa theå neàn maøng teá baøo caáu taïo neân haàu heát caùc moâ vaø caáu truùc beân ngoaøi cuûa teá baøo, nhöng collagen cuõng ñöôïc tìm thaáy beân trong cuûa teá baøo. Collagen coù cöôøng ñoä keùo ñöùt raát lôùn vaø laø thaønh phaàn chính cuûa baêng trong y hoïc, gaân, suïn, xöông, daây chaèng vaø da. Cuøng vôùi keratin meàm, laø nguyeân nhaân taïo ra ñoä deûo dai vaø ñang hoài cuûa da vaø neáu noù thoaùi hoùa seõ gaây ra neáp nhaên daãn ñeán tuoåi giaø. Noù taïo neân ñoä beàn cuûa thaønh maïch maùu vaø ñoùng vai troø quan troïng trong söï phaùt trieån moâ teá baøo. Noù coù trong giaùc maïc, thuûy tinh theå cuûa maét. Collagen cuõng ñöôïc duøng trong phaãu thuaät thaåm myõ vaø phaãu thuaät boûng. Collagen ñaõ thuûy phaân coù theå ñoùng vai troø quan troïng trong vieäc ñieàu chænh caân naëng, gioáng nhö protein khi ta duøng noù coù caûm giaùc cung caáp ñuû naêng löôïng. Collagen thuûy phaân goïi laø collagen hydrolysate. Tuøy theo möùc ñoä thuûy phaân maø collagen coù caùc öùng duïng khaùc nhau. Collagen hydrolysate ñöôïc söû duïng phoå bieán trong coâng ngheä thöïc phaåm, döôïc phaåm, myõ phaåm, vaø coâng nghieäp nhieáp aûnh. Chuùng ñöôïc söû duïng nhö chaát ñoâng, chaát gaây laéng trong thöïc phaåm. Chuùng ñöôïc duøng nhö chaát thay theá cao su, keo daùn, xi maêng, möïc in luïa nhaân taïo, laø chaát taïo keát dính trong dieâm queït. Chuùng ñöôïc duøng trong boä loïc saùng cho ñeøn thuûy ngaân,… 3.1 ÖÙNG DUÏNG COLLAGEN TRONG COÂNG NGHIEÄP THÖÏC PHAÅM Collagen ñöôïc duøng ñeå laøm voû bao xuùc xích, maøng boïc keïo, laøm nguyeân lieäu saûn xuaát moät soá loaïi thöïc phaåm dinh döôõng, thöïc phaåm chöùc naêng. Dó nhieân chuùng phaûi traûi qua moät quaù trình cheá bieán ñeå ñaït ñöôïc nhöõng tính chaát öùng duïng mong muoán, nhö tính tan chaûy ôû nhieät ñoä cao vaø ñoâng ñaëc ôû nhieät ñoä thaáp, luùc naøy collagen ñoùng vai troø moät chaát keo baûo veä ngaên chaën söï keát tinh cuûa ñöôøng. Chính vì vaäy maø trong caùc öùng duïng ngöôøi ta thöôøng söû duïng chuû yeáu laø daïng thuûy phaân cuûa collagen, ñöôïc goïi laø collagen hydrolysate. 3.1.1 ÖÙng duïng collagen trong coâng nghieäp saûn xuaát baùnh keïo Coâng nghieäp saûn xuaát baùnh keïo coù leõ laø lónh vöïc coù nhieàu öùng duïng cuûa collagen hydrolysate nhaát tính cho ñeán hieän nay. Collagen hydrolysate ñöôïc söû duïng trong caùc saûn phaåm baùnh keïo ngoït nhö: “winegums”, “gummy bears”, “fruit chews”, “marshmallow” vaø “licoride”. Chöùc naêng cuûa collagen hydrolysate phuï thuoäc vaøo loaïi saûn phaåm. Chaúng haïn nhö trong “marshmallows”, collagen ñoùng vai troø laøm beàn boït. Trong “fruit chews” vaø “licoride”, collagen tham gia taïo caáu truùc, ñoä dai cho saûn phaåm,... Hình 3.1 Saûn phaåm keïo deûo coù voû maøng laø collagen hydrolysate Yeâu caàu cuûa collagen hydrolysate trong coâng nghieä saûn xuaát baùnh keïo: Collagen hydrolysate caàn phaûi ñöôïc hoøa tan hoaøn toaøn tröôùc ñeå coù theå phaùt huy caùc tính naêng coâng ngheä cuûa chuùng. Ñeå ñaït yeâu caàu naøy thì caàn hydrat hoùa collagen vôùi moät löôïng nöôùc thích hôïp keát hôïp vôùi khuaáy ñaûo hôïp lyù ñeå caùc phaân töû coù theå lieân keát laïi vôùi nhau. Collagen caàn ñöôïc gia nhieät ñeán 600C ñeå coù theå tan hoaøn toaøn. Noù coù theå hoøa tan raát nhanh khi ñöôïc ñöa tröïc tieáp vaøo nöôùc noùng lôùn hôn 900C hoaëc gia nhieät collagen ñaõ ñöôïc laøm öôùt trong nöôùc laïnh, quaù trình naøy ñöôïc thöïc hieän trong voøng töø 15 phuùt ñeán 1h. Dung dòch naøy khoâng taïo gel ñöôïc cho ñeán khi noù ñöôïc laøm nguoäi ñeán nhieät ñoä thích hôïp, gel naøy coù tính thuaän nghòch vôùi nhieät ñoä, do vaäy noù coù theå tan chaûy ra sau khi theå gel ñöôïc taïo thaønh. Nhieät ñoä tan chaûy cuûa chuùng thaáp hôn nhieät ñoä thaân nhieät ( khoaûng 3536oC) Collagen hydrolysate ñöôïc phaân haïng vaø kieåm tra döïa vaøo cöôøng ñoä ñöôïc ñaëc tröng baèng chæ soá Bloom. Ñaây laø chæ soá ño ñaïc ñoä maïnh cuûa collagen hydrolysate. Chæ soá naøy caøng cao thì ñoä beàn gel cuûa collagen hydrolysate caøng lôùn ôû cuøng moät noàng ñoä. Ñoái vôùi caùc öùng duïng taïo gel ñieån hình thì collagen hydrolysate coù ñoä Bloom naèm trong khoaûng töø 100 ÷ 280. Collagen hydrolysate coù ñoä Bloom cao hay thaáp ñöôïc söû duïng trong caùc lónh vöïc khaùc nhau. Chaúng haïn nhö trong lónh vöïc “gummy” thì collagen coù ñoä Bloom cao vaø trung bình ñöôïc söû duïng nhieàu hôn vì chuùng taïo ra moät caáu truùc ñaëc tröng vaø caûi thieän khaû naêng ñònh hình, nhöng trong saûn xuaát loaïi keïo “chewy” thì collagen coù ñoä Bloom thaáp (70 ÷ 140) laïi ñöôïc öa chuoäng hôn vôùi möùc ñoä söû duïng naèm trong khoaûng 0,2 ÷ 2,5%. Neáu söû duïng collagen coù ñoä Bloom cao hôn thì haøm löôïng söû duïng seõ thaáp hôn. Ñoä nhôùt cuûa collagen laø moät trong nhöõng yeáu toá quan troïng trong coâng ngheä saûn xuaát baùnh keïo. Chaúng haïn nhö trong saûn xuaát caùc saûn phaåm “gum”, ñoä nhôùt cuûa collagen coù theå taùc ñoäng ñeán quaù trình coá ñònh trong saûn phaåm, ñaëc bieät laø khi collagen coù haøm löôïng cao. Ñaëc bieät trong quaù trình saûn xuaát caùc saûn phaåm “marshmallow” thì ñoä nhôùt cuûa collagen ñoùng vai troø quan troïng hôn trong caùc öùng duïng khaùc cuûa collagen, cuï theå noù aûnh höôûng ñeán quaù trình ñaùnh troän syrup, quaù trình giöõ caùc boït khí, keát hôïp vôùi caùc phöông phaùp taïo hình ñöôïc söû duïng. Chaûng haïn nhö ñoái vôùi phöông phaùp taïo hình söû duïng khuoân tinh boät thì ñoä nhôùt cuûa collagen yeâu caàu phaûi thaáp ñeå khoái keïo coù theå chaûy deã daøng vaøo caùc khuoân, coøn ñoái vôùi phöông phaùp eùp ñuøn thì ñoä nhôùt cuûa collagen phaûi cao ñeå ñònh hình cho saûn phaåm sau khi ñuøn. Hình 3.2 Collagen hydrolysate laøm chaát keát dính trong thanh keïo Collagen hydrolysate laø chaát nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä vaø acid, ñaëc bieät laø khi coù söï keát hôïp giöõa hai yeáu toá naøy coù theå laøm hoûng khaû naêng taïo gel cuûa collagen. Neáu quaù trình naáu dieãn ra nhanh thì collagen coù theå ñöôïc ñöa vaøo ngay töø ñaàu coøn neáu quaù trình naáu yeâu caàu thôøi gian daøi thì collagen neân ñöa vaøo quaù trình troän sau coâng ñoaïn naáu ñeå haïn cheá phaûn öùng Maillard vaø phaûn öùng nghòch ñaûo ñöôøng. Vieäc theâm acid vaøo neân giöõ ôû möùc toái thieåu coù theå ñöôïc vaø neân theâm chæ vaøo tröôùc coâng ñoaïn ñaùnh troän taïi nhieät ñoä nhoû nhaát coù theå. Baûng 3.1 ÖÙng duïng cuûa collagen hydrolysate trong coâng nghieäp saûn xuaát baùnh keïo Loaïi saûn phaåm Chöùc naêng Ñoä Bloom Ñoä nhôùt Löôïng söû duïng Gum Taïo gel, taïo caáu truùc, xaây döïng tính ñaøn hoài 100260. Thaáp,trung bình, cao 2 10%. Keïo “Chewy” Taïo khí, ñoä deûo, ñoä ñaøn hoài 100150. Trung bình, cao 0,53%. Keïo “marshmallow” Taïo khí, taïo gel, taùc nhaân beàn vöõng 200260. Trung bình, cao 25%. Keïo “nuga” Taïo tính dai, daøn hoài 100150 Trung bình, cao 0,21,5%. Lôùp maøng phuû ngoaøi Taïo lôùp maøng, taïo lieân keát 120150 Trung bình, cao 0,21%. 3.1.2 ÖÙng duïng collagen trong coâng nghieäp saûn xuaát söõa vaø caùc saûn phaåm töø söõa Collagen hydrolysate ñöôïc söû duïng nhö moät phuï gia taïo caáu truùc trong coâng nghieäp söõa vaø caùc saûn phaåm töø söõa. Chöùc naêng cuûa chuùng laø: Taïo caùc moái lieân keát vôùi nöôùc: collagen coù khaû naêng tröông nôû ñeå taïo lieân keát gaáp 5 laàn khoái löông cuûa chuùng vôùi nöôùc. Noù giuùp ngaên caûn söï ræ nöôùc trong caùc saûn phaåm söõa. Cuûng coá caáu truùc cho caùc saûn phaåm söõa : collagen khoâng taïo phaûn öùng vôùi caùc thaønh phaàn cuûa söõa vaø phuï thuoäc vaøo haøm löôïng söû duïng, collagen coù theå laøm chaët caáu truùc cream, taïo lôùp gel chaéc töø dòch loûng. Ngoaøi ra noù coøn giuùp oån ñònh caùc boït khí cuûa caùc saûn phaåm töø söõa coù boït ôû nhieät ñoä thaáp vaø ngaên caûn söï hoûng caáu truùc cho saûn phaåm trong suoát quaù trình toàn tröõ. Gioáng nhö caùc loaïi protein khaùc, collagen coù khaû naêng tao boït toát khi coù maët cuûa ñöôøng vaø söõa. Söï coù maët cuûa chaát beùo coù xu höôùng ngaên caûn söï taïo boït, vì vaäy caàn phaûi söû duïng theâm caùc phöông phaùp vaät lyù nhö : bôm khoâng khí, khí CO2, khí N2 ñeå taêng theå tích vaø taïo boït cho caùc saûn phaåm söõa coù boït. Vaø chính collagen cuõng tham gia vaøo quaù trình oån ñònh, söï beàn chaët cho caùc saûn phaåm söõa coù boït. Collagen khoâng muøi do ñoù khoâng aûnh höôûng ñeán muøi vò cuûa saûn phaåm. Noù khoâng chòu söï taán coâng cuûa taùc nhaân oxy hoùa, coù khaû naêng ngaên caûn söï bieán tính vaø löu giöõ ñöôïc muøi traùi caây cho saûn phaåm. Collgen ñoùng vai troø nhö moät chaát keo laøm nhieäm vuï baûo veä vì söï ñoâng tuï cuûa söõa vaø casein seõ hoaøn toaøn hôn vaø ñoàng nhaát hôn khi coù maët cuûa collagen. Ñoàng thôøi khi coù maët moät haøm löôïng nhoû cuûa collagen trong caùc saûn phaåm söõa thì caáu truùc cuûa saûn phaåm seõ trôû neân meàm maïi hôn. Boät collagen hydrolysate seõ ñöôïc hoøa troän vôùi caùc thaønh phaàn khaùc nhö : ñöôøng, caùc chaát tao höông, moät soá chaát oån ñònh khaùc roài ñöa vaøo dung dòch söõa. Hoãn hôïp söõa nguoäi naøy ñöôïc khuaáy troän, khi ñoù collagen seõ tröông nôû vaø haáp thu moät löôïng nöôùc gaáp 10 laàn khoái löôïng cuûa chuùng, trong quaù trình thanh truøng thì collagen seõ ñöôïc hoøa tan. Tuy nhieân, khi söõa ñöôïc loïc tröôùc quaù trình thanh truøng thì toát nhaát neân ñöa collagen vaøo döôùi daïng dung dòch neáu khoâng thì quaù trình loïc seõ loaïi boû nhöõng haït collagen coøn ñang tröông nôû. Dung dòch collagen cuõng coù theå theâm vaøo söõa nguoäi keøm theo söï khuaáy troän lieân tuïc. Collagen coù theå theâm vaøo söõa tröôùc khi caáy gioáng maø khoâng aûnh höôûng ñeán caùc ñieàu kieän leân men, collagen khoâng phaûn öùng vôùi caùc thaønh phaàn cuûa söõa vaø khoâng taïo keát tuûa. Collagen laø moät loaïi protein, do ñoù noù coù khaû naêng bò thuûy phaân bôûi caùc taùc nhaân nhö : nhieät ñoä, acid, kieàm, caùc tia phoùng xaï, enzyme, vi sinh vaät. Nhöng nhìn chug ñoä maïnh cuûa gel bò phaù huûy khi collagen chòu taùc duïng ñoàng thôøi cuûa pH (nhoû hôn 4) vaø nhieät ñoä ( lôùn hôn 60oC) trong moät khoaûng thôøi gian ñuû lôùn. Do ñoù quaù trình tieät truøng, thanh truøng ñoä acid cuûa saûn phaåm töø söõa thöôøng khoâng aûnh höôûng nhieàu ñeán taùc duïng cuûa collagen trong saûn phaåm. Moät soá lónh vöïc coù öùng duïng collagen hydrolysate trong coâng nghieäp saûn xuaát söõa vaø caùc saûn phaåm töø söõa: Yogurt : yogurt laø saûn phaåm tö söõa phoå bieán treân toaøn theá giôùi vaø collagen hydrolysate ñöôïc söû duïng cho saûn phaåm naøy vôùi vai troø cuûa moät chaát oån ñònh giuùp ngaên caûn söï taùch nöôùc töø khoái ñoâng. Ngoaøi ra noù coøn tham gia vaøo quaù trình taïo caáu truùc kem vaø caûm giaùc beùo trong mieäng vì noù coù khaû naêng tan chaûy taïi nhieät ñoä thaân nhieät, söï tan chaûy naøy ñoâi khi coøn mang laïi höông vò toát cho saûn phaåm. Trong caùc saûn phaåm kem : colagen hydrolysate ñoùng vai troø cuûa moät taùc nhaân oån ñònh vaø noù coù chöùc naêng ñieàu chænh ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp, giuùp beàn vöõng heä nhuõ töông cho tôùi khi ñöôïc söû duïng, ngaên caûn söï bieán tính trong quaù trình baûo quaûn. Collagen khi keát hôïp vôùi caùc taùc nhaân oån ñònh khaùc coù khaû naêng taïo cho saûn phaåm caáu truùc vaø höông vò thích hôïp. Beân caïnh ñoù, collagen giuùp taêng giaù trò caûm quan cho saûn phaåm, khi aên taïo caûm giaùc kem, beùo cho saûn phaåm maø khoâng taïo caûm giaùc nhôùt dính nhö ôû caùc saûn phaåm coù haøm löôïng beùo cao. Caùc saûn phaåm söõa leân men coù qua quaù trình xöû lyù nhieät: quaù trính thanh truøng hay tieät truøng cho caùc saûn phaåm söõa leân men laøm taêng thôøi gian baûo quaûn cho saûn phaåm nhöng laïi laøm maát tính oån ñònh cuûa caáu truùc saûn phaåm daãn ñeán hieän töôïng taùch nöôùc. Vieäc boå sung hoãn hôïp collagen hydrolysate vaø tinh boät tröôùc khi thanh truøng seõ giuùp taïo caáu truùc toát vaø ngaên ngöøa ñöôïc baát kyø söï taùch loûng naøo. Caùc saûn phaåm traùng mieäng coù söû duïng söõa nhö thaønh phaàn taïo gel, höông vò cho saûn phaåm : trong caùc saûn phaåm naøy collagen hydrolysate cuõng ñoùng vai troø laø chaát oån ñònh noù bò hoøa tan trong quaù trình xöû lyù nhieät vaø söï coù maët cuûa collagen hydrolysate giuùp ngaên caûn söï taêng ñoä nhôùt vaø tham gia taïo gel cho saûn phaåm khi ñöôïc laøm nguoäi. Noù coù theå ñöôïc söû duïng rieâng hoaëc keát hôïp vôùi caùc chaát taïo gel khaùc nhö carrageenan ñeå taïo neân moät caáu truùc gel meàm maïi. Trong saûn phaåm phoâ mai, phaàn lôùn collagen hydrolysate ñöôïc boå sung vaøo ñoùng vai troø cuûa moät chaát nhuõ hoùa vaø taùc ñoïng vaøo caùc moát lieân keát vôùi nöôùc. Khi so saùnh caùc saûn phaåm phoâ mai coù söû duïng theâm collagen hydrolysate thì möùc ñoä aåm, caáu truùc vaø höông vò cuûa saûn phaåm toát hôn so vôùi caùc loaïi phoâ mai ñöôïc saûn xuaát theo phöông phaùp truyeàn thoáng. Hình 3.3 Saûn phaåm Phoâ mai coù chöùa collagen hydrolysate laøm giaûm haøm löôïng beùo Trong caùc saûn phaåm ít calo laøm töø söõa, caùc saûn phaåm naøy ñoøi hoûi phaûi caét giaûm löôïng chaát beùo, thaäm chí laø loaïi khoûi saûn phaåm caùc chaát beùo töø söõa. Thay theá vaøo ñoù laø loaïi chaát beùo coù nguoàn goác töø thöïc vaät hoaëc laø keát hôïp giöõa chaát beùo töø thöïc vaät vaø chaát beùo coù saün trong söõa. Ñeå laøm beàn vöõng heä nhuõ töông nhö theá caàn phaûi coù söï hieän dieän cuûa chaát oån ñònh vaø chaát nhuõ hoùa. Caùc chaát naøy giuùp ñaûm baûo moái lieân keát vôùi nöôùc, caûi thieän caáu truùc( ñoä chaéc, ñoä ñaêc, ñoä caêng) cho saûn phaåm. Collagen hydrolysate coù ñoä Bloom cao coù khaû naêng thöïc hieän ñöôïc chöùc naêng naøy vì ngoaøi tính naêng thoâng thöôøng cuûa noù, loaïi naøy coù nhieät ñoä tan chaûy xaáp xæ baèng nhieät ñoä cuûa nhieàu loaïi chaát beùo thoâng thöôøng (3133oC). Moät soá chaát keo öa nöôùc khaùc nhö : pectin, carrageenan, xanthan coù theå keát hôïp vôùi collagen hydrolysate ñeå taêng khaû naêng lieân keát vôùi nöôùc. Trong caùc saûn phaåm thöùc uoáng töø söõa thì collagen hydrolysate coù vai troø oån ñònh caáu truùc, traùnh hieän töôïng taùch pha trong thôøi gian baûo quaûn. Baûng 3.2 Loaïi vaø löôïng collagen hydrolysate söû duïng trong coâng nghieäp cheá bieán söõa vaø caùc saûn phaåm töø söõa. ÖÙng duïng Ñoä maïnh Bloom Löôïng söû duïng Yogurt 150 0,22% Caùc saûn phaåm söõa leân men qua xöû lyù nhieät 150 0,22% Jelly höông söõa 150 0,22% Kem 150 0,21% Caùc saûn phaåm kem traùng mieäng 150 0,22% Caùc saûn phaåm coù haøm löôïng calo thaáp 250 0,53% 3.1.3 ÖÙng duïng collagen trong coâng nghieäp saûn xuaát ñoà uoáng Caùc thöùc uoáng nhö röôïu , röôïu traùi caây, caùc saûn phaåm nöôùc quaû chöa leân men coù chöùa caùc thaønh phaàn khoâng hoøa tan laøm ñuïc saûn phaåm thöôøng khoâng ñaït hieäu quaû cao neáu duøng phöông phaùp loïc ñeå loaïi boû. Töø thôøi neân vaên minh La Maõ hoaëc cuõng coù theå laø vaøo tröôùc ñoù, collagen hydrolysate ñöôïc söû duïng cho quaù trình loïc trong röôïu. Collagen hydrolysate laø taùc nhaân tinh saïch phoå bieán trong quaù trình saûn xuaát röôïu vang ñoû. Khi ñöôïc boå sung vaøo saûn phaåm collagen hydrolysate coù taùc duïng naâng cao thôøi gian baûo quaûn saûn phaåm, vôùi khaû naêng taïo tuûa nhanh vaø taïo cho röôïu coù maøu saùng maø khoâng bieán ñoåi maøu ñaëc tröng cuûa saûn phaåm. Hieän nay collagen hydrolysate ñöôïc söû duïng phoå bieán cho quaù trình laøm saïch röôïu vang, bia vaø nöôùc traùi caây vì noù laøm giaûm ñoä ñuïc, taêng giaù trò caûm quan cho saûn phaåm maø khoâng aûnh höôûng tôùi höông vò cuûa saûn phaåm cuoái cuøng. Caùc phaûn öùng cuûa quaù trình tinh saïch dieãn ra vôùi söï tham gia cuûa collagen hydrolysate: Phaûn öùng cô baûn xaûy ra vôùi collagen hydrolysate ñoù laø phaûn öùng taïo phöùc giöõa polyphenol coù trong röôïu vaø protein cuûa collagen hydrolysate ñeå taïo neân caùc boâng tuï laéng xuoáng. Phaûn öùng thöù hai ít ñöôïc bieát ñeán hôn nhöng khoâng ñoùng vai troø quan troïng ñoù laø phaûn öùng taïo phöùc giöõa protein coù trong röôïu vaø protein theâm vaøo cuûa collagen hydrolysate. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình tinh saïch coù söï tham gia cuûa collagen hydrolysate: Nhieät ñoä : ñieàu kieän laïnh thöôøng thích hôïp cho quaù trình keo tuï vaø loïc. Ngöôøi ta chöùng minh ñöôïc raèng quaù trình boâng tuï khoù xaûy ra ôû nhieät ñoä 2530oC vaø thaäm chí laø khoâng theå ñoái vôùi caùc loaïi röôïu traéng. Löôïng chaát keát tuûa nhieàu thu ñöôïc ôû nhieät ñoä thaáp coù theå ñöôïc giaûi thích bôûi söï ñoàng laéng cuûa caùc thaønh phaàn hôn laø söï keát hôïp giöõa polyphenol vôùi collagen hydrolysate trong quaù trình tinh saïch. Ñoä acid : trong caùc saûn phaåm röôïu, ñoä acid caøng yeáu thì quaù trình ñoâng tuï seõ dieán ra nhanh hôn, ñoàng thôøi haøm löôïng collagen hydrolysate söû duïng cuõng thaáp hôn. Baûng 3.3 Löôïng collagen hydrolsate söû duïng trong quaù trình loïc trong caùc saûn phaåm ñoà uoáng Saûn phaåm Löôïng söû duïng Ñoái vôùi caùc saûn phaåm röôïu Röôïu traéng Röôïu nho hoàng Röôïu ñoû 27g/hl 38g/hl 1215g/hl Ñoái vôùi caùc saûn phaåm nöôùc taùo eùp Saûn phaåm laøm töø taùo ñaéng Saûn phaåm laøm töø taùo ngoït Saûn phaåm laøm töø taùo chaùt Saûn phaåm laøm töø taùo chua 70 ÷ 120 g/hl 50 ÷ 100 g/hl 30 ÷ 80 g/hl 20 ÷ 60 g/hl Saûn phaåm bia Khoaûng 450g cho 150l bia ÖÙng duïng collagen trong coâng nghieäp cheá bieán thòt Collagen hydrolysate ñaõ ñöôïc söû duïng töø nhieàu thaäp nieân ñeå saûn xuaát ra caùc moùn thòt ñoâng, laøm voû bao caùc saûn phaåm xuùc xích. Vaøo thôøi ñieåm naøy collagen hydrolysate coøn ñöôïc söû duïng roäng raõi ñeå tieâm vaøo thòt nhaèm muïc ñích taêng haøm löôïng protein trong saûn phaåm. Vì khaû naêng taïo lieân keát toát vôùi nöôùc, collagen hydrolysate coøn ñöôïc suû duïng ñeå taêng haøm löôïng aåm vaø haï giaù thaønh saûn phaåm. Moät soá saûn phaåm thòt coù söû duïng colagen hydrolysate Giaêm boâng : ñoái vôùi giaêm boâng co ù quaù trình hun khoùi, boät collagen hydrolysate haáp thu nöôùc trong thòt vaø trong quaù trình cheá bieán seõ taïo moät lôùp maøng giuùp haøn kín khoái thòt khi laøm nguoäi. Ñoái vôùi saûn phaåm giaêm boâng coù qua quaù trình naáu, collagen hydrolysate taïo gel vôùi dòch loûng taùch ra trong quaù trình cheá bieán, quaù trình naøy giuùp giöõ nöôùc beân trong vaø chung quanh saûn phaåm. Collagen hydrolysate cuõng giuùp laøm cöùng chaéc lôùp thaïch thu ñöôïc tröïc tieáp töø caùc moâ lieân keát nhaèm taïo veû beà ngoaøi haáp daãn vaø nhaùt caét ñeïp cho saûn phaåm. Beân caïnh ñoù, collagen hydrolysate ñöôïc theâm vaøo caùc saûn phaåm giaêm boâng nhaèm taêng haøm löôïng protein. Thòt hoäp : collagen hydrolysate taïo gel vôùi nöôùc thaát thoaùt trog quaù trình cheá bieán vaø tranh truøng. Collagen hydrolysate ñöôïc söû duïng trong saûn phaåm naøy laø loaïi collagen coù ñoä beàn gel cao ( 200 ÷ 250 Bloom) vôùi löôïng 0,5 ÷ 2%. Hình 3.4 Saûn phaåm thòt nguoäi coù chöùa collagen hydrolysate Ñoái vôùi caùc saûn phaåm thòt coù haøm löông nöôùc vaø haøm löôïng chaát beùo raát deã xaûy ra hieän töôïng taùch nöôùc, taùch beùo aûnh höôûng ñeán caáu truùc cuûa saûn phaåm. Collagen hydrolysate giuùp lieân keát nöôùc, laøm beàn heä nhuõ töông, taïo caáu truùc ñoàng nhaát. Löôïng collagen söû duïng phuï thuoäc vaøo söï coù maët cuûa caùc taùc nhaân lieân keát khaùc. Baûng 3.4 ÖÙng duïng cuûa collagen hydrolysate trong coâng ngheä cheá bieán thòt Saûn phaåm Chöùc naêng Ñoä Bloom Ñoä nhôùt Haøm löôïng Giaêm boâng Taïo lieân keát 200 ÷ 250 Trung bình 1 ÷ 2% Thòt ñoâng Taïo gel, taïo caáu truùc 150 ÷ 280 Trung bình - cao 3,5 ÷ 8% Thòt hoäp Taïo caáu truùc 250 ÷ 280 Trung bình - cao 1,5 ÷ 3% Thòt boø muoái Taïo lieân keát 250 ÷ 280 Trung bình - cao 1,5 ÷ 3% Pate Taùc nhaân laøm oån ñònh 180 ÷ 250 Trung bình - cao 1,5 ÷ 3% Thòt ñaõ naáu chín ñoâng laïnh Taïo lieân keát vôùi thòt 200 ÷ 240 Trung bình - cao 0,5 ÷ 3% 3.2 ÖÙNG DUÏNG TRONG Y HOÏC VAØ DÖÔÏC PHAÅM Collagen laø moät vaät lieäu coù khaû naêng phaân huûy sinh hoïc, taùc duïng cuûa collagen döïa treân söï keát hôïp khaû naêng taïo maøng vaø taïo gel moät caùch töï nhieân. Collagen ñöôïc söû duïng lónh vöïc y döôïc coù muøi vaø vò trung hoøa, khoâng gaây dò öùng vaø ñöôïc haáp thuï hoaøn toaøn trong cô theå con ngöôøi, coù tính töông thích sinh hoïc cuõng nhö khaû naêng caàm maùu neân coù theå ñöôïc cheá taïo thaønh nhöõng daïng khaùc nhau, laø moät loaïi vaät lieäu sinh hoïc lyù töôûng cho vieäc saûn xuaát caùc saûn phaåm y hoïc. Caùc ñaëc tính kyõ thuaät cuûa collagen ñöôïc öùng duïng trong coâng ngheä döôïc phaåm : Laø moät chaát keo baûo veä caùc thaønh phaàn nhaïy caûm khoûi taùc ñoäng cuûa söï oxy hoùa aùnh saùng, söï haáp thuï aåm. Taïo muøi vò trung hoøa. Laø chaát oån ñònh cuûa heä nhuõ töông, huyeàn phuø. Collagen ñöôïc haáp thuï deã daøng vaøo trong cô theå vaø khoâng gaây dò öùng. Laø chaát taïo boït vaø oån ñònh trong quaù trình saûn xuaát chaát boït caàm maùu. Coù theå söû duïng laøm chaát thay theá maùu taïm thôøi. Döïa vaøo caùc ñaëc tính kyõ thuaät treân collagen coù theå ñöôïc öùng duïng trong caùc lónh vöïc sau: 3.2.1 Caùc öùng duïng trong quaù trình saûn xuaát thuoác Vieân bao nang cöùng Collagen laø thaønh phaàn chính trong vieân bao nang cöùng, chuùng ñöôïc taïo ra baèng caùch nhuùng khuoân kim loaïi vaøo dung dòch collagen coøn ñang noùng. Collagen seõ taïo gel vaø taïo neân moät lôùp maøng lieân tuïc xung quanh khuoân. Lôùp maøng seõ ñöôïc saáy khoâ vaø laáy ra khoûi khuoân. Trong öùng duïng naøy söû duïng collagen coù nguoàn goác chuû yeáu töø xöông boø, da boø vaø da heo. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây ngöôøi ta ñaõ nghieân cöùu ñeå tìm ra vaät lieäu coù nguoàn goác khoâng phaûi laø ñoäng vaät ñeå laøm ra caùc vieân bao nang. Nguyeân nhaân chính cuûa vieäc nghieân cöùu naøy ñoù laø vaät lieäu laøm vieân bao nang khoâng coù nguoàn goác töø ñoäng vaät seõ ñaùp öùng nhu caàu cuûa ngöôøi aên kieâng vaø caùc thaønh phaàn toân giaùo khaùc nhau. Hình 3.5 Vieân bao nang cöùng Vieân bao nang meàm Vieân nang meàm coù theå coù hình vieân bi, hình tröùng, hình truï, hình gioït, hình haït ñaäu chöùa dung dòch loûng saùnh . Hình 3.6 Vieân nang meàm coù lôùp voû ngoaøi laøm töø collagen. Collagen coù taùc duïng baûo veä thuoác choáng nhöõng taùc nhaân coù haïi nhö aùnh saùng vaø oxi. Thaønh phaàn chính cuûa voû bao laø collagen vaø caùc taù döôïc khaùc nhö: glycerol hay sorbitol, nhöõng chaát hoaït ñoäng beà maët, chaát maøu cho pheùp, höông lieäu. Vieân con nhoäng Trong vieân con nhoäng collagen ñöôïc söû duïng nhôø vaøo caùc ñaëc tính lieân keát cuûa noù. Chuùng ñöôïc söû duïng ñeå neùn tröïc tieáp sau khi boät thuoác ñaõ ñöôïc nghieàn nhoû. Trong öùng duïng naøy collagen giuùp taïo cho vieân thuoác ñoä cöùng, ñoä keát dính. Collagen ñöôïc öùng duïng laøm maøng bao cho caùc loaïi thuoác coù taùc duïng ñaëc bieät, giuùp choáng laïi aûnh höôûng cuûa dòch vò. Kyõ thuaät naøy môû ñöôøng cho vieäc ñieàu trò söû duïng chính xaùc löôïng thuoác caàn duøng. Caùc vitamin tan trong daàu nhö vitamin A vaø E, carotenoid vaø caùc acid beùo chöa baõo hoøa,... vôùi söï hoã trôï cuûa collagen seõ deã daøng hôn trong vieäc ñònh löôïng, thao taùc trong saûn xuaát döïa vaøo ñoä nhôùt oån ñònh cuûa collagen khi keát hôïp vôùi caùc thaønh phaàn khaùc trong thuoác. Ngoaøi ra, collagen coøn giuùp baûo veä caùc thaønh phaàn vitamin tröôùc caùc thaønh phaàn nhaïy caûm nhö oxy hoaëc aùnh saùng. Trong kyõ thuaät saûn xuaát caùc vieân thuoác suûi boït nhö caùc vieân taêng löïc ña vitamin thì thaønh phaàn nhuõ hoùa bao goàm collagen, ñöôøng, thaønh phaàn nhaïy caûm cuûa thuoác seõ ñöôïc saáy phun vaø taïo lieân keát ñeå cho ra caùc loaïi thuoác coù ñaëc tính mong muoán. Thaønh phaàn caàm maùu vaø haøn gaén veát thöông Caùc boït collagen coù theå ñöôïc söû duïng trong quaù trình caàm maùu, do ñoù giuùp taêng khaû naêng haøn gaén veát thöông, vì vaäy maø collagen ñöôïc söû duïng roäng raõi trong lónh vöïc nha khoa vaø phaãu thuaät. Moät trong nhöõng thuoäc tính giuùp cho nhöõng boït naøy coù theå phaùt huy hoaït tính sinh hoïc moät caùch toái öu laø : khi chuùng hoaøn toaøn ñöôïc taùi haáp thu trong cô theå, chuùng coù theå ñöôïc giöõ laïi taïi caùc moâ thí duï nhö sau khi phaãu thuaät, taïi caùc moâ cô chuùng seõ kích thích caùc teá baøo môùi ñi vaøo caùc veát thöông do ñoù seõ taêng toác quaù trình taùi sinh taïi moâ cô bò toån thöông. Khi ñöôïc caáy vaøo caùc moâ cô, caùc boït naøy coù theå ñöôïc taùi haáp thuï trong voøng khoaûng 3 tuaàn maø khoâng ñeå laïi phaàn dö naøo. Coøn neáu chuùng ñöôïc ñöa vaøo taïi beà maët cuûa moâ cô bò hö hoûng thì chuùng seõ hoaøn toaøn bò hoøa tan trong voøng töø 3 ÷ 5 ngaøy. Caùc boït collagen naøy coù theå huùt chaát loûng cuûa moâ cô. Caáu truùc xoáp cho pheùp noù coù khaû naêng huùt chaát loûng coù khoái löôïng gaáp 50 laàn khoái löôïng cuûa chuùng Hình 3.7 Caùc boït collagen coù taùc duïng caàm maùu Veát boûng môùi, tröôùc khi söû duïng collagen 3 ngaøy sau khi söû duïng collagen Collagen ôû daïng sôïi ñöôïc duøng trong vieäc laøm laønh caùc veát thöông, veát raïch trong phaãu thuaät. Sôïi collagen coù theå ñöôïc xöû lyù ñeå taïo caáu truùc sôïi thaúng, daøi duøng laøm nhöõng saûn phaåm y hoïc cho gaân vaø daây chaèng. Nhöõng oáng collagen (collagen tube) ñöôïc söû duïng thay theá cho caùc caáu truùc nhö thöïc quaûn, daây thaàn kinh ngoaïi bieân, nieäu quaûn. Noù cuõng ñöôïc söû duïng trong vieäc nuoâi caáy teá baøo. 10 ngaøy sau khi söû duïng collagen Hình 3.8 Collagen aùp duïng trong vieäc ñieàu trò veát boûng Taùc nhaân thay theá maùu Trong tröôøng hôïp maát maùu nghieâm troïng, ôû cô theå noùi chung vaø boä naõo noùi rieâng seõ dieãn ra tình traïng thieáu oxy. Neáu khoâng coù saün maùu ñeå truyeàn vaøo, “plasma expander” coù theå ñöôïc söû duïng nhö moät giaûi phaùp tình theá. “Plasma expander” giuùp thay theá löôïng maùu ñaõ maát, phuïc hoài laïi theå tích maùu vaø duy trì möùc aùp suaát thích hôïp. Tuy nhieân dung dòch ñaúng tröông chöùa caùc ion muoái voâ cô coù khuynh höôùng thoaùt ra ngoaøi moâ cô khaù nhanh. “Plasma expander” bao goàm “pyrogene free water”, collagen, muoái trong ñoù collagen chieám khoaûng 3,5 ÷ 5,5%. Loaïi collagen ñöôïc söû duïng trong tröôøng hôïp naøy yeâu caàu ñoä tinh khieát raát cao, ñoâi khi chuùng coøn ñöôïc hieäu chænh baèng phöông phaùp hoùa hoïc ñeå ñaït ñöôïc caùc thuoäc tính vaø phaûi traûi qua quaù trình kieåm duyeät khaét khe ñeå ñaûm baûo khoâng gaây ra baát kyø dò öùng naøo cho cô theå Hình 3.9 Plasma thay theá Collagen daïng maøng vaø lôùp moûng ñöôïc söû duïng ñeå giöõ coá ñònh caùc vaät chaát sinh hoïc chaúng haïn nhö nhaân toá XI 11 trong maùu, duøng trong söï taùi taïo caùc moâ, noái keát laïi voõng maïc, laøm maøng thaåm tích maùu, laøm vaät thay theá lôùp maøng cöùng cuûa naõo. Noù coøn ñöôïc duøng cho vieäc taùi taïo daây thaàn kinh, khoâi phuïc maøng nhó, suïn vaø xöông, kieåm soaùt söï chaûy maùu cuïc boä, khoâi phuïc toån thöông cuûa gan, laø lôùp maøng chaén baûo veä naõo, coù taùc duïng phuïc hoài caùc veát thöông. Nuoâi caáy moâ vaø teá baøo Söï phaùt trieån cuûa teá baøo vôùi söï hoã trôï cuûa collagen trong söï nuoâi caáy teá baøo vöøa ñöôïc xem xeùt gaàn ñaây. Vieäc söû duïng chaát neàn collagen cho söï phaùt trieån cuûa teá baøo da ñaõ ñöôïc coâng boá moät caùch roäng raõi. Nhöõng teá baøo nuoâi caáy treân collagen kích thích, laøm veát thöông mau laønh. Nhöõng nghieân cöùu roäng raõi veà söï phaùt trieån cuûa caùc teá baøo da töï sinh vaø khaùc loaïi treân neàn collagen chöùng minh tính khaû thi ñeå taïo ra nhieàu chuûng loaïi moâ vaø caùc cô quan trong quaù trình nuoâi caáy. Söû duïng nguoàn nguyeân lieäu teá baøo nuoâi caáy thuoäc nhieàu chuûng loaïi khaùc nhau coù taùc ñoäng to lôùn ñeán vieäc ñieàu trò cho caùc beänh nhaân coù nhöõng toån thöông veà moâ hoaëc caùc cô quan. Nhoùm caùc nhaø nghieân cöùu tröôøng Ñaïi hoïc Wisconsin-Madison ñaõ taïo ra daïng collagen beàn nhaát ñöôïc khoa hoïc bieát ñeán hieän nay. Ñaây laø giaûi phaùp thay theá oån ñònh collagen ôû ngöôøi vaø moät ngaøy naøo ñoù coù theå ñöôïc duøng ñeå ñieàu trò chöùng vieâm khôùp vaø caùc tình traïng thieáu collagen. Collagen laø daïng protein coù nhieàu nhaát trong cô theå ngöôøi, taïo ra caùc khoái vaø boù daây chaéc chaén, coù taùc duïng hoã trôï caáu truùc cuûa da, caùc cô quan, suïn vaø xöông, ñoàng thôøi laø teá baøo lieân keát giöõa caùc boä phaän naøy. Nhieàu thaäp kyû qua, caùc baùc só söû duïng collagen töø boø ñeå ñieàu trò caùc veát boûng nghieâm troïng vaø caùc veát thöông khaùc. Collagen nhaân taïo laø lieäu phaùp chöõa trò nhieàu beänh nhö vieâm khôùp do thoaùi hoùa collagen töï nhieân trong cô theå. Ñeå taïo ra loaïi collagen môùi naøy, caùc nhaø khoa hoïc ñaõ thay theá 2/3 löôïng acid amin thoâng thöôøng cuûa protein baèng caùc daïng ít deûo, giuùp caáu truùc chung cuûa protein cöùng hôn vaø duy trì ñöôïc hình daïng cuûa chuùng. Tính ñoät phaù cuûa caùch tieáp caän naøy laø söû duïng caùc vaät lieäu cöùng hôn coù hình daïng töông töï vôùi caùc hình daïng protein chöùc naêng sau khi gaáp neáp. Daïng collagen môùi gaén keát vôùi nhau ôû nhieät ñoä cao hôn nhieät ñoä collagen töï nhieân phaân raõ. Maëc duø ñöôïc taïo thaønh chuû yeáu töø caùc acid amin khoâng coù trong töï nhieân, nhöng hình aûnh chuïp tia X tinh theå caáu truùc 3 chieàu cuûa collagen taïo ra trong phoøng thí nghieäm cho thaáy, khoâng coù söï khaùc bieät vôùi collagen töï nhieân. Saûn phaåm collagen beàn vöõng thöïc söï laø moät baèng chöùng veà khaû naêng cuûa hoùa hoïc protein hieän ñaïi. ÖÙng duïng collagen trong kyõ thuaät noäi soi vaø phaãu thuaät thaåm myõ Trong phaåu thuaät noäi soi, collagen hydrolysate ñöôïc öùng duïng ñeå boâi vaøo caùc oáng noäi soi, coù taùc duïng boâi trôn, vì theá caùc baùc só deã daøng ñöa caùc oáng naøy vaøo cô theå beänh nhaân maø khoâng gaây ñau. Sau thôøi gian töø 40 – 60 phuùt, collagen seõ tan huûy trong cô theå beänh nhaân maø khoâng gaây haïi gì Hình 3.10 ÖÙng duïng collagen hydrolysate trong kyõ thuaät noäi soi Collagen ñöôïc söû duïng roäng raõi trong phaãu thuaät thaåm myõ, collagen laø moät polymer töï nhieân, noù ñöôïc duøng trong phaãu thuaät taïo hình nhö bôm moâi, caêng da maët. Hình 3.11 Collagen duøng trong phaãu thuaät thaåm myõ Ngoaøi ra, collagen cuõng ñöôïc baùn treân thò tröôøng nhö moät chaát boå sung, caûi thieän tính linh hoaït cuûa khôùp. Ngoaøi ra, collagen coøn laø phaàn neàn giuùp tích tuï calcium trong xöông. Neáu haøm löôïng collagen giaûm ñaùng keå, calcium khoâng theå tích tuï laøm cho xöông gioøn vaø deã gaõy, suïn deã bò hao moøn taïo neân caùc côn ñau ôû khôùp goái vaø hoâng. Nhö vaäy, ñeå xöông cöùng caùp hôn, ngoaøi calcium caàn boå sung moät löôïng lôùn collagen. 3.3 ÖÙNG DUÏNG COLLAGEN TRONG COÂNG NGHEÄ MYÕ PHAÅM 3.3.1 Taùc duïng cuûa collagen trong coâng ngheä myõ phaåm Collagen coù taùc duïng choáng laõo hoùa, ngaên ngöøa vaø caûi thieän neáp nhaên Khoaûng 70% caáu truùc cuûa da laø collagen, phaân boá chuû yeáu ôû lôùp haï bì cuûa da. Collagen taïo ra moät heä thoáng naâng ñôõ, hoã trôï caùc ñaëc tính cô hoïc cuûa da nhö söùc caêng, ñoä ñaøn hoài, duy trì ñoä aåm, laøm cho da ñöôïc mòn maøng, töôi taén vaø treû trung. Collagen giuùp duy trì ñoä aåm toái öu cho teá baøo. Ngoaøi ra, collagen coøn ñaûm baûo saéc toá da, laøm saùng maøu da. Söï suy giaûm veà chaát löôïng, soá löôïng collagen seõ daãn ñeán da trôû neân khoâ, maát ñoä caêng, ñaøn hoài vaø thuùc ñaåy quaù trình laõo hoùa cuûa cô theå. Chính vì vaäy maø collagen ñoùng vai troø quan troïng giuùp caûi thieän caáu truùc da, kích thích quaù trình taùi taïo cuûa laøn da, phuïc hoài teá baøo da bò toån thöông. Hình 3.12 Vai troø cuûa collagen ñoái vôùi da Khi cô theå laõo hoùa, protein cuûa teá baøo keát dính vôùi nhau hoaëc thay ñoåi hình daùng laøm cho chuùng khoâng coøn ñaûm nhaän ñöôïc chöùc naêng bình thöôøng. Collagen bò moûng ñi vaø tính ñaøn hoài giaûm ñi roõ reät. Haäu quaû laø caùc neáp nhaên da xuaát hieän. Ñeå haïn cheá söï hình thaønh cuûa neáp nhaên da, phöông phaùp choáng laõo hoùa baûo veä collagen vaø taêng cöôøng toång hôïp collagen ñöôïc xem laø höõu hieäu. Khi cô theå böôùc qua tuoåi 30, toác ñoä toång hôïp collagen bò chaäm laïi, toác ñoä phaân huûy gia taêng. Trung bình moãi naêm, caáu truùc collagen bò maát ñi khoaûng 1,5% veà khoái löôïng; vì theá caøng lôùn tuoåi, laøn da caøng bò laõo hoùa nhanh. Tröôùc ñoä tuoåi 45, 1/3 trong soá toång löôïng collagen cuûa cô theå coù theå bò maát ñi. Caùc neáp nhaên, neáp gaáp xuaát hieän ngaøy caøng nhieàu treân traùn, quanh mieäng vaø khoùe maét. Collagen maát ñi cuõng aûnh höôûng ñaùng keå ñeán söï ñònh hình caùc ñöôøng neùt treân khuoân maët, laøn da bò chuøng nhaõo, bò chaûy, ñieàu naøy ñaëc bieät thaáy roõ khi phuï nöõ böôùc qua tuoåi 40. Ngoaøi ra, coù raát nhieàu nhaân toá goùp phaàn vaøo söï suy giaûm cuûa collagen. Caùc chaát oâ nhieãm coù chöùa ñoäc toá toxin seõ kích thích quaù trình oxy hoùa, taïo ra caùc goác töï do. Caùc goác töï do naøy phaù huûy teá baøo baèng caùch laáy ñi moät electron cuûa moãi teá baøo. Chuùng coøn laø nguyeân nhaân gaây ra caùc beänh nghieâm troïng nhö ung thö. Huùt thuoác, cheá ñoä dinh döôõng khoâng caân baèng, thieáu caùc nguyeân toá vi löôïng, caùc loaïi thöïc phaåm ñoùng goùi chöùa nhieàu chaát hoùa hoïc coù haïi vaø khoâng taäp theå duïc thöôøng xuyeân laø moät soá nguyeân nhaân ñaåy maïnh söï maát maùt collagen. Hình 3.13 Söï laõo hoùa da Söï laõo hoùa teá baøo ñöôïc trì hoaõn nhôø collagen vaø hyaluronic acid. Caùc chaát naøy laøm phaúng vaø laép ñaày caùc neáp nhaên cuûa bieåu bì, xuùc tieán quaù trình taùi taïo teá baøo da. Nhöõng neáp nhaên ôû coå vaø quanh vuøng maét seõ giaûm xuoáng nhôø vaøo söï caûi thieän cuûa bieåu bì. Phaàn lôùn caùc saûn phaåm collagen nguyeân chaát ñeàu ñöôïc chieát xuaát tröïc tieáp töø da ñoäng vaät laø lôïn, boø, cöøu vaø caù da trôn; ñaëc bieät hôn, coù moät soá loaïi collagen ñöôïc chieát xuaát tröïc tieáp töø cô theå ngöôøi. chính vì vaäy chuùng hoaøn toaøn khoâng coù caùc chaát hoùa hoïc hay ñoäc toá, khaû naêng töông thích vôùi cô theå ngöôøi coù theå leân tôùi 100% maø khoâng heà coù phaûn öùng ñaøo thaûi hay loaïi boû. Taát caû moïi ngöôøi ôû moïi löùa tuoåi ñeàu coù theå söû duïng vì söï laønh tính cuûa chuùng. Ngoaøi ra, collagen coøn ñöôïc ñöa vaøo da baèng ba phöông phaùp chính: Thoa leân da vaø nhôø taùc ñoäng cuûa caùc coâng ngheä xung ñieän hay aùnh saùng ñeå daãn chuùng vaøo saâu tôùi vuøng da caàn ñieàu trò. Tieâm tröïc tieáp vaøo da. AÊn uoáng. Ba phöông phaùp treân ñeàu laø nhöõng bieän phaùp raát an toaøn khoâng heà aûnh höôûng tôùi da vaø cô theå. (b) Sau khi ñieàu trò (a) Tröôùc khi ñieàu trò Hình 3.14 Taùc duïng choáng laõo hoùa cuûa collagen Collagen coù taùc duïng cao trong quaù trình phuïc hoài vaø taùi taïo da Ñieàu trò collagen phuïc hoài: thöôøng ñöôïc söû duïng trong tröôøng hôïp da bò toån thöông hay trong giai ñoaïn taùi taïo sau khi ñieàu trò naùm, muïn tröùng caù, seïo, raïn da vaø tieâu da thöøa sau khi giaûm beùo. Caùc saûn phaåm vôùi thaønh phaàn chính laø collagen, elastin,... trong ñoù collagen ñöôïc chieát xuaát töø da heo giuùp kích thích teá baøo vaø söûa chöõa caùc khieám khuyeát cuûa moâ nhôø ñoù phuïc hoài khaû naêng ñaøn hoài cuûa da. Ngoaøi ra, saûn phaåm coøn coù theå ñieàu trò caùc veát raïn do taêng caân hay mang thai. Ñieàu trò treû hoùa baèng collagen 25% ñöôïc söû duïng cho phuï nöõ töø 35 tuoåi baét ñaàu coù söï laõo hoùa vôùi vieäc xuaát hieän caùc neáp nhaên, da bò maát nöôùc, chuøng nhaõo, chaûy xeä, khoâng coøn caêng mòn nhö tröôùc, maøu saéc da cuõng trôû neân saïm laïi. Collagen thuùc ñaåy quaù trình taùi taïo moâ ôû nhöõng vuøng da bò seïo vaø muïn. Moät trong nhöõng chöùc naêng cuûa collagen laø taïo ra moät maïng löôùi giöõ cho teá baøo da ñöôïc nguyeân veïn vaø giuùp chuùng di chuyeån ra beà maët cuûa da. Khi caùc teá baøo môùi naøy di chuyeån ra beân ngoaøi, chuùng seõ ñieàn ñaày caùc loã saâu cuûa moâ da, vaø laøm giaûm söï xuaát hieän cuûa seïo. Collagen cuõng coù taùc duïng cuûng coá tính nguyeân veïn cuûa teá baøo da baèng caùch keát hôïp vôùi caùc moâ lieân keát trong da ñeå caûi thieän caáu truùc vaø tính ñaøn hoài. (a) Tröôùc khi ñieàu trò (b) Sau khi ñieàu trò Hình 3.15 Taùc duïng trò seïo muïn cuûa collagen Collagen thuùc ñaåy quaù trình taùi taïo moâ taïi nhöõng vuøng da bò seïo vaø muïn. Moät trong nhöõng chöùc naêng cuûa collagen laø taïo ra moät maïng löôùi giöõ cho teá baøo da ñöôïc nguyeân veïn vaø giuùp chuùng di chuyeån ra beà maët cuûa da. Khi caùc teá baøo môùi naøy di chuyeån ra beân ngoaøi, chuùng seõ ñieàn ñaày caùc loã saâu cuûa moâ da, laøm giaûm söï xuaát hieän cuûa seïo. Collagen cuõng giuùp cuûng coá tính nguyeân veïn cuûa teá baøo da baèng caùch keát hôïp vôùi caùc moâ lieân keát trong da ñeå caûi thieän caáu truùc vaø tính ñaøn hoài. Caùc öùng duïng cuûa collagen trong coâng ngheä myõ phaåm Collagen chöùa caùc taùc nhaân laøm aåm töï nhieân ñoái vôùi cô theå, coù vai troø choáng nhaên, giöõ cho da meàm vaø saùng; hôn nöõa colagen coøn duøng laøm nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát caùc saûn phaåm nhö: maët naï, kem döôõng da cao caáp, daàu goäi, caùc saûn phaåm döôõng toùc cuõng nhö caùc loaïi söõa taém… Collagen hydrolysate laø thaønh phaàn trong caùc saûn phaåm maët naï döôõng da, chuùng keát hôïp vôùi caùc tinh chaát trong maät ong, daàu oliu, tinh daàu hoa hoàng… coù taùc duïng döôõng aåm cho da, taùi taïo laøn da meät moûi, baûo veä da khoûi caùc taùc nhaân tia töû ngoaïi , khoùi buïi, hoùa chaát… Vì theá da ñöôïc treû hoùa, töôi taén. Hình 3.16 Maët naï döôõng da collagen hydrolysate Trong thaønh phaàn cuûa maët naï döôõng da, collagen ñöôïc boå sung döïa treân nhöõng chaát neàn. Ñoù laø caùc hôïp chaát carbomer, acrylate polymer. Chaát neàn naøy ñöôïc pha vaø tieán haønh chænh pH leân giaù trò khoaûng pH = 7 vì ôû giaù trò naøy seõ cho ta dung dòch chaát neàn ñaëc vaø trong nhaát. Collagen tröôùc khi cho vaøo dung dòch chaát neàn phaûi ñöôïc pha vaøo nöôùc cho tröông nôû, sau ñoù seõ ñöôïc troän chung vaøo vôùi dung dòch chaát neàn coù saün, tæ leä collagen cho vaøo chieám tæ leä 0,3 ÷ 0,6%. Trong coâng ngheä saûn xuaát myõ phaåm, myõ phaåm treân neàn collagen töø gia suùc coù toác ñoä haáp thuï raát chaäm treân da ngöôøi. Ñoái maët vôùi vaán ñeà naøy, lieäu phaùp tieâm collagen vaøo da ñöôïc giôùi thieäu. Tuy nhieân, nhöõng baát lôïi cuûa caùch thöùc naøy laø ñaét tieàn, ñau ñôùn vaø ñi keøm vôùi noù laø nhöõng ruûi ro nguy hieåm cho con ngöôøi. Hieän nay, caùc nhaø khoa hoïc Phaàn Lan ñaõ phaùt trieån moät tieán trình trích ly collagen töø caù. Khoâng gioáng vôùi nhöõng loaïi collagen thu ñöôïc töø nhöõng phöông phaùp tröôùc ñaây, collagen töø caù ñöôïc haáp thuï hoaøn toaøn treân da ngöôøi. Vì caù soáng trong phaïm vi roäng lôùn vôùi caùc ñieàu kieän veà nhieät ñoä, ñoä saâu vaø aùp suaát khaùc nhau. Ñieàu naøy coù nghóa laø collagen trích töø da caù coù moät söùc choáng chòu ñaëc bieät vôùi caùc phaù huûy lyù vaø hoùa hoïc. Döôùi taùc duïng cuûa caùc taùc nhaân tia töû ngoaïi, thuoác nhuoäm toùc, thuoác duoãi toùc… toùc deã bò toån thöông, cheû ngoïn, maát ñi veû boùng möôït. Trong caùc saûn phaåm chaêm soùc toùc thöôøng coù boå sung moät löôïng collagen hydrolysate coù taùc duïng baûo veä cho toùc, phuïc hoài hö toån . Hình 3.17 Toùc bò hö toån vaø phuïc hoài sau khi söû duïng saûn phaåm chaêm soùc toùc coù chöùa collagen hydrolysate 3.4 ÖÙng duïng collagen trong coâng ngheä nhieáp aûnh Caùc ñaëc tính giuùp cho collagen ñöôïc öùng duïng trong lónh vöïc naøy laø: Laø thaønh phaàn thieát yeáu cho quaù trình ñoâng tuï vaø phaùt trieån cuûa dòch nhuõ töông aûnh : baïc halogen. Laø chaát oån ñònh giöõa thaønh phaàn gaén keát vaø heä nhuõ töông thuoác nhuoäm. Laø taùc nhaân gaén keát trong quaù trình saûn xuaát trong caùc giaáy in phun hieän nay. Khaû naêng tröông nôû toát. Coù tính beàn vöõng cao. CHÖÔNG 4: NHÖÕNG VAÁN ÑEÀ TOÀN TAÏI VAØ HÖÔÙNG TAÄP TRUNG NGHIEÂN CÖÙU GIAÛI QUYEÁT Trong moät soá lónh vöïc öùng duïng collagen nhö trong caùc ngaønh coâng nghieäp thöïc phaåm, döôïc phaåm vaø myõ phaåm, ñoøi hoûi chaát löôïng collagen khaù cao, khoâng chöùa taïp chaát, khoâng chöùa tro, khoâng chöùa thaønh phaàn chaát beùo, ñoä nhôùt ñaït yeâu caàu, coù troïng löôïng phaân töû nhaát ñònh. Chính vì vaäy phaûi coù nhöõng giaûi phaùp kyõ thuaät ñeå xöû lyù caùc vaán ñeà naøy. Ñeå loaïi caùc taïp chaát ra khoûi dung dòch collagen, ta coù theå söû duïng phöông phaùp hoùa hoïc hay khöû caùc ion baèng maøng cellophan. Ñeå tinh cheá ñöôïc collagen coù troïng löôïng phaân töû nhaát ñònh ta duøng phöông phaùp loïc gel hay tieán haønh taùch phaân ñoaïn ñeå thu collagen. Hieän nay vaán ñeà ñöôïc quan taâm nhaát trong qui trình thu nhaän collagen ñoù laø vaán ñeà loaïi hoaøn toaøn chaát beùo ra khoûi dung dòch chöùa collagen. Hieän nay caùc nhaø khoa hoïc ñaõ nghieân cöùu thaønh coâng qui trình söû duïng CO2 sieâu tôùi haïn trong quaù trình tinh saïch collagen. Moät chaát loûng sieâu tôùi haïn ( Super Critical Fluid – SCF ) laø baát kyø moät hôïp chaát naøo coù giaù trò nhieät ñoä vaø aùp suaát treân ñieåm tôùi haïn trong giaûn ñoà pha. Treân giaù trò nhieät ñoä tôùi haïn thì phaàn töû khí khoâng theå hoùa loûng ôû baát kyø aùp suaát naøo. AÙp suaát tôùi haïn laø aùp suaát hôi cuûa khí taïi nhieät ñoä tôùi haïn. Trong moâi tröôøng sieâu tôùi haïn, chæ toàn taïi moät pha duy nhaát goïi laø fluid. Pha fluid khoâng phaûi laø pha khí cuõng khoâng phaûi pha loûng. Noù laø daïng trung gian giöõa hai pha. Pha fluid naøy coù khaû naêng hoøa tan töông töï nhö chaát loûng ñoàng thôøi cuõng coù khaû naêng khueách taùn toát nhö chaát khí. Ñieåm tôùi haïn laø ñieåm keát thuùc caû ñöôøng cong caân baèng pha giöõa hai traïng thaùi khí vaø loûng. Vuøng sieâu tôùi haïn cho bieát baèng caùch söû duïng söï keát hôïp giöõa söï ñaúng aùp vaø thay ñoåi nhieät ñoä, giöõa söï ñaúng nhieät vaø thay ñoåi aùp suaát, hoaøn toaøn coù khaû naêng chuyeån ñoåi caùc thaønh phaàn tinh khieát töø traïng thaùi loûng sang traïng thaùi khí trong vuøng vaø ngöôïc laïi maø khoâng coù söï chuyeån pha. Chaát loûng sieâu tôùi haïn coù khaû naêng hoøa tan nhö moät chaát loûng vaø cuõng coù khaû naêng vaân chuyeån nhö moät chaát khí. ÔÛ ñieàu kieän moâi tröôøng ( 250C, aùp suaát 1bar), ñoä hoøa tan cuûa moät chaát trong pha khí coù moái quan heä tröïc tieáp vôùi aùp suaát hôi cuûa noù vaø nhìn chung thì moái quan heä aøy khoâng ñaùng keå. Maët khaùc, trong dung moâi sieâu tôùi haïn, ñoä hoøa tan cuûa moät chaát taêng gaáp 10 laàn. Söï hoøa tan cuûa moät chaát trong pha loûng sieâu tôùi haïn laø do söï keát hôïp giöõa aùp suaát hôi vaø aûnh höôûng töông taùc giöõa chaát tan vaø dung moâi. Hay noùi caùch khaùc söï hoøa tan cuûa noù khoâng ñôn thuaàn chæ phuï thuoäc vaøo aùp suaát. Trong quaù trình tinh saïch chaát beùo ra khoûi dung dòch collagen baèng caùch duøng CO2 sieâu tôùi haïn thì luùc naøy, CO2 loûng trong bình chöùa seõ ñöôïc daãn qua thieát bò bôm cao aùp ñeå naâng aùp suaát leân aùp suaát tôùi haïn. Chaát trôï dung moâi cuõng ñöôïc daãn qua thieát bò bôm dung moâi. Doøng CO2 vaø doøng dung moâi ñöôïc troän laãn vaøo nhau tröôùc khi qua thieát bò gia nhieät. Taïi ñaây, CO2 ñaõ ñaït ñöôïc traïng thaùi sieâu tôùi haïn, doøng hoãn hôïp CO2 sieâu tôùi haïn vaø chaát trôï dung moâi tieáp tuïc ñi vaøo coät chieát. Sau khi chieát, doøng chaát loûng sieâu tôùi haïn seõ mang theo chaát beùo ñi ra khoûi coät tôùi van xaû aùp suaát. Khi aùp suaát giaûm thì luùc naøy chaát beùo taùch ra khoûi doøng sieâu tôùi haïn vaø doøng CO2 töï do seõ ñi theo ñöôøng oáng ra ngoaøi. Coät chieát luùc naøy chæ coøn laïi saûn phaåm collagen ñaõ loaïi saïch beùo. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. Fratzl, P., Collagen Structure and Mechanics. 2008. 2. Matthew D, Ronald T. Raines, 2009.Collagen structure and Stability. Annual Review of Biochemistry, 78, 929–958 3. Frederic M.Richards, D.S.E., John Kuriyan, Advances in Protein Chemistry. 2005. Fibrous Proteins Coiled-Coils, Collagen and Elastomers, Volume 70 4. K. Gelse , E.Po schl , T. Aigner, 2003. Collagen - structure, function and biosynthesis. Advanced Drug Delivery Reviews 55 1531– 1546 5. L.S. Senaratne, Pyo–Jam Park, Se-Kwon Kim, Korea, Isolation and characterisation of collagen from brown backed toadfish (Lagocephalus gloveri) skin, 2006. 6. Shuai Zhao, M.Z., Guoying Li, Preparation of collagen from the pigskin shavings by alkali extraction. 7. Rume Sakai, S.I., Toshizo Isemura, Soluble collagen of chicken leg tendon; Its denaturation temperature and Hydrodynamic properties. 1967. 8. Nagai, T., Collagen from diamondback squid. 2003. 9. Maria Sadowska, I.K.o., Celina Niecikowska, Isolation of collagen from the skins of Baltic cod (Gadus morhua). 2002. 10. L.S. Senaratne, P.-J.P., Se-Kwon Kim, Isolation and characterization of collagen from brown backed toadfish (Lagocephalus gloveri) skin. 2005. 11. Food and Agricultural Organisation - Food and Nutrition Paper. 14/7/1986. 12. N.Yu. Ignat'eva, N.A.D., Determination of Hydroxyproline in Tissues and the Evaluation of the Collagen Content of the Tissues. 2005. 13. Elzbieta Skierka, M.S., The influence of different acids and pepsin on the extractability of collagen from the skin of Baltic cod. 2006. 14. Nagai, T., & Suzuki, N. 2000. Isolation of collagen from fish waste material-skin, bone and fins. Food Chemistry, 68, 277–281. 15. Phanat Kittiphattanabawon, Soottawat Benjakul, Wonnop Visessanguan, Takashi Nagai, Munehiko Tanaka, Thailand, Characterisation of acid – soluble collagen from skin and bone of bigeye snapper (Priacanthus tayenus), 2005. 15. Phanat Kittiphattanabawon, S.B., Wonnop Visessanguan, Takashi Nagai, Munehiko Tanaka, Characterisation of acid-soluble collagen from skin and bone of bigeye snapper (Priacanthus tayenus). 2004. 16. Le Thi Hong Nhan, Bui Thi Anh, University of Technology – Vietnam National University Hochiminh city and Cantho University, Isolation of Collagen from the skin of Basa fish (Pangasius Bocourti). 17. Jin-Wook Woo, S.-J.Y., Seung-Mock Cho, Yang-Bong Lee, Seon-Bong Kim, Extraction optimization and properties of collagen from yellowfin tuna (Thunnus albacares) dorsal skin. 2007. 18. V. Vijayasundaram, V.R. and P.R. Palaniappan, The study of the changes in the thermal properties of Labeo rohitabones due to arsenic exposure. 2009. 19. HaiYing Liu, D.L., ShiDong Guo, Studies on collagen from the skin of channel catfish (Ictalurus punctaus). 2006. 20. 21. 22. direct.com