Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học i Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản đồ án này do tôi tự nghiên cứu thực hiện dƣới sự hƣớng
dẫn của TS. Hoàng Thị Kim Dung và Th.s Huỳnh Thị Kim Chi.
Để hoàn thành đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài
liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà không đƣợc ghi.
Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.
Sinh viên thực hiện
Lê Thị Anh Thi
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học ii Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

LỜI CẢM ƠN
Đồ án này đƣợc thực hiện tại Phòng Hữu Cơ Và Polyme (phòng 49) của Viện
Công nghệ Hóa học. Để đồ án này đƣợc hoàn thành, tôi nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ
quý báu từ thầy cô, anh chị và các bạn. Xin gửi đến mọi ngƣời lời cảm ơn chân thành
và lòng biết ơn sâu sắc nhất.
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến TS. Hoàng Thị Kim
Dung, Th.s Huỳnh Thị Kim Chi đã tận tình giúp đỡ, luôn theo sát quá trình làm việc
của tôi, cho tôi những lời khuyên, lời chỉ dẫn chân tình và tận tụy. Có thể nói, tôi
không thể hoàn thành trọn vẹn đồ án tốt nghiệp của mình nếu không có sự giúp đỡ của
cô.
Tiếp theo, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của quý thầy cô trƣờng Đại học
Bà Rịa-Vũng Tàu đã tin tƣởng và tạo điều kiện để tôi có thể học tập, nghiên cứu và
hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn đến các anh chị, các bạn trong phòng những ngƣời luôn
nhiệt tình giúp đỡ, khuyến khích tôi trong suốt thời gian qua.

Cuối cùng là lời cảm ơn đến gia đình , những ngƣời thân, ngƣời bạn đã luôn bên
tôi, động viên, khích lệ tiếp thêm sức mạnh để tôi có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu
của mình.

Vũng Tàu, Ngày 15 tháng 6 năm 2014
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học iii Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v
DANH MỤC HÌNH vi
DANH MỤC BẢNG viii
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 2
1.1. Collagen 2
1.1.1. Giới thiệu sơ lƣợc về collagen 2
1.1.2. Thành phần hóa học và cấu trúc của collagen 2
1.1.3. Phân loại collagen 4
1.1.4. Tính chất của collagen 7
1.1.5. Thu nhận collagen 9
1.1.6. Ứng dụng 11
1.2. Ứng dụng collagen vào mỹ phẩm cho da 14
1.2.1. Cấu trúc của da 14
1.2.2. Làn da khoẻ: 17
1.2.3. Mỹ phẩm cho da 17
1.2.4. Cơ chế giữ độ ẩm của da 18

1.2.5. Kem dƣỡng ẩm 19
1.2.6. Collagen trong kem dƣỡng da 20
1.2.7. Một số sáng chế về collagen ứng dụng vào kem dƣỡng ẩm 21
1.2.8. Tiêu chuẩn đối với collagen thủy phân từ da cá tra 22
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 24
2.1. Phƣơng tiện nghiên cứu 24
2.1.1. Dụng cụ và thiết bị 24
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học iv Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

2.1.2. Nguyên vật liệu 25
2.1.3. Hóa chất 26
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 26
2.2.1. Thời gian và địa điểm thực hiện 26
2.2.2. Phƣơng pháp tách chiết collagen từ da cá tra 27
2.2.3. Phƣơng pháp thủy phân collagen bằng enzyme protamex kết hợp với sóng
siêu âm………………………………………………………….…………….32
2.2.4. Phƣơng pháp pha trộn collagen vào kem dƣỡng ẩm 34
2.2.5. Phƣơng pháp đánh giá cảm quan đối với kem 36
2.2.6. Phƣơng pháp kiểm tra chỉ tiêu kích ứng của kem 37
2.2.7. Phƣơng pháp xác định độ bền của kem 38
2.2.8. Phƣơng pháp đánh giá hoạt tính của kem 38
2.3. Các phƣơng pháp phân tích 39
2.3.1. Phƣơng pháp sắc ký lọc gel 39
2.3.2. Xác định độ pH 39
2.3.3. Xác định độ ẩm 39
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40
3.1. Thu nhận collagen 40
3.1.1. Hiệu suất thu hồi collagen 40

3.1.2. Kết quả thủy phân 41
3.1.3. Độ pH 42
3.2. Ứng dụng collagen vào kem dƣỡng ẩm 42
3.2.1. Kết quả đánh giá cảm quan 42
3.2.2. Kết quả đánh giá chỉ tiêu kích ứng 50
3.2.3. Hoạt tính của kem collagen 50
3.2.4. Độ bền của kem collagen 59
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học v Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
GPC: Gel permeation chromatograph
DMDM Hydantoin: 1,3-Dimethylol-5,5-dimethyl hydantoin Glydant
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học vi Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Tropocollagen [2]. 4
Hình 1.2. Liên kết peptide Hình 1.3. Liên kết Hydro 4
Hình 1.4. Đƣờng cong biến tính nhiệt của collagen, gelatin, collagen thủy phân [15].
7
Hình 1.5. Sơ đồ tách chiết collagen. 10
Hình 1.6. Sản phẩm kẹo dẻo có vỏ màng làm từ collagen hydrolate 11
Hình 1.7. Collagen hydrolysate đƣợc dùng làm trong các loại thức uống. 12
Hình 1.8. Viên nang mềm có lớp vỏ ngoài làm từ collagen. 12
Hình 1.9. Sản phẩm bọt biển trong nha khoa. 13

Hình 1.10. Sữa tắm và mặt nạ collagen hydrosate. 14
Hình 1.11. Collagen dùng trong phẫu thuật thẩm mỹ. 14
Hình 1.12. Cấu trúc da. 15
Hình 1.13. Mỹ phẩm dƣỡng da CB collagen. 17
Hình 1.14 Mặt nạ collagen. 18
Hình 1.15. Kem dƣỡng da ban đêm Collagen. 18
Hình 1.16. Vai trò của collagen đối với da [1]. 21
Hình 2.1. Da cá sau khi xử lý 28
Hình 2.2. Da cá ngâm sau 72 giờ. 29
Hình 2.3. Dung dịch collagen thô. 29
Hình 2.4. Kết tủa collagen bằng dung dịch NaCl bão hòa. 30
Hình 2.5. Quá trình thẩm tích collagen. 31
Hình 2.6 Collagen sau khi đông khô. 31
Hình 2.7. Thiết bị thủy phân collagen thô bằng sóng siêu âm. 33
Hình 2.8. Dung dịch collagen thô 33
Hình 2.9. Dung dịch collagen sau thủy phân. 33
Hình 2.10. Các mẫu collagen pha trực tiếp vào kem 35
Hình 2.11. Các mẫu collagen hòa tan với nƣớc trƣớc rồi pha vào kem 36
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học vii Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm


Hình 3.1. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa kem nền. 42
Hình 3.2. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa mẫu 1. 43
Hình 3.3. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa mẫu 2. 44
Hình 3.4. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa mẫu 3. 44
Hình 3.5. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa mẫu 4. 45
Hình 3.6. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa mẫu 5. 46
Hình 3.7. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa mẫu 6. 46

Hình 3.8. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa mẫu 7. 47
Hình 3.9. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa mẫu 8. 48
Hình 3.10. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa mẫu 9. 48
Hình 3.11. Độ mƣợt da trƣớc và sau khi thoa mẫu 10. 49
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi sử dụng kem collagen ngoài
thị trƣờng. 53
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi sử dụng kem nền. 53
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi 54
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi 54
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi 55
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi 55
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi 56
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi 56
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi 57
Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi 57
Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi 58
Hình 3.23. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên độ ẩm của da khi 58
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học viii Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần các acid amin trong collagen từ vảy cá Rohu và cá Catla (số
gốc/1000 gốc) [10]. 3
Bảng 1.2. Phân loại collagen [12]. 5
Bảng 1.3. Các chỉ tiêu cảm quan của collagen thủy phân [4]. 23
Bảng 1.4. Yêu cầu lý hóa đối với collagen thủy phân [4]. 23
Bảng 2.1. Các loại hóa chất sử dụng trong nghiên cứu. 26
Bảng 3.1. So sánh kết quả khi sử dụng các enzyme khác nhau của phòng Hóa Hữu Cơ
Và Polyme. 41

Bảng 3.2. Kết quả thủy phân collagen bằng enzyme Bromeline kết hợp. sóng siêu âm.
41
Bảng 3.3. Đánh giá cảm quan của mẫu kem nền không có collagen. 42
Bảng 3.4. Đánh giá cảm quan của mẫu 1. 43
Bảng 3.5. Đánh giá cảm quan của mẫu 2. 43
Bảng 3.6. Đánh giá cảm quan của mẫu 3. 44
Bảng 3.7. Đánh giá cảm quan của mẫu 4. 45
Bảng 3.8. Đánh giá cảm quan của mẫu 5. 45
Bảng 3.9. Đánh giá cảm quan của mẫu 6. 46
Bảng 3.10. Đánh giá cảm quan của mẫu 7. 47
Bảng 3.11. Đánh giá cảm quan của mẫu 8. 47
Bảng 3.12. Đánh giá cảm quan của mẫu 9. 48
Bảng 3.13. Đánh giá cảm quan của mẫu 10. 49
Bảng 3.14. Kết quả đo độ kích ứng của kem đối với da. 50
Bảng 3.15. Kết quả so sánh độ dƣỡng ẩm của da khi thoa các mẫu so với kem nền và
kem collagen ngoài thị trƣờng (%). 51
Bảng 3.16. Độ bền ly tâm của mẫu kem nền. 59
Bảng 3.17. Độ bền ly tâm của mẫu 1. 59
Bảng 3.18. Độ bền ly tâm của mẫu 2. 59
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học ix Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

Bảng 3.19. Độ bền ly tâm của mẫu 3. 60
Bảng 3.20. Độ bền ly tâm của mẫu 4. 60
Bảng 3.21. Độ bền ly tâm của mẫu 5. 60
Bảng 3.22. Độ bền ly tâm của mẫu 6. 60
Bảng 3.23. Độ bền ly tâm của mẫu 7. 60
Bảng 3.24. Độ bền ly tâm của mẫu 8. 61
Bảng 3.25. Độ bền ly tâm của mẫu 9. 61

Bảng 3.26. Độ bền ly tâm của mẫu 10. 61
Bảng 3.27. Độ bền sốc nhiệt của mẫu kem nền. 62
Bảng 3.28. Độ bền sốc nhiệt của mẫu 1. 62
Bảng 3.29. Độ bền sốc nhiệt của mẫu 2. 62
Bảng 3.30. Độ bền sốc nhiệt của mẫu 3. 63
Bảng 3.31. Độ bền sốc nhiệt của mẫu 4. 63
Bảng 3.32. Độ bền sốc nhiệt của mẫu 5. 63
Bảng 3.33. Độ bền sốc nhiệt của mẫu 6. 64
Bảng 3.34. Độ bền sốc nhiệt của mẫu 7. 64
Bảng 3.35. Độ bền sốc nhiệt của mẫu 8. 64
Bảng 3.36. Độ bền sốc nhiệt của mẫu 9. 65
Bảng 3.37. Độ bền sốc nhiệt của mẫu 10. 65

Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 1 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam là quốc gia có tiềm năng xuất khẩu thủy sản rất lớn. Năm 2006, tổng
sản lƣợng cá tra, cá basa của các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long 825.000 tấn. Đầu năm
2008, đạt 1 triệu tấn, chủ yếu là mặt hàng cá phi lê. Nhƣng phế phẩm của ngành công
nghiệp sản xuất cá phi lê này (khoảng 60% gồm da, xƣơng, đầu, bụng, mỡ, ruột, kỳ
vi ) chỉ đƣợc chế biến thành bột thức ăn gia súc hay các dạng sản phẩm thô , giá trị
thấp còn nếu nhƣ muốn loại bỏ hẳn thì phải tốn thêm chi phí cho việc xử lý chất thải.
Trong khi, thành phần chính trong da, xƣơng là collagen có rất nhiều ứng dụng trong
công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dƣợc phẩm, rất có tiềm năng kinh tế.
Và trong hơn nửa thế kỷ nay thì vấn đề tách chiết collagen trong xƣong và da cá
đã đƣợc nghiên cứu nhiều và cũng đạt nhiều thành công đáng kể. Vì vậy vấn đề quan
trọng hiện nay là cần phải tiếp tục nghiên cứu cải thiện quá trình tách chiết sao cho
hiệu suất tách chiết thật cao và nghiên cứu ứng dụng collagen vào các ngành công

nghiệp nhằm nâng cao giá trị kinh tế của collagen, đồng thời giải quyết đƣợc vấn đề ô
nhiễm môi trƣờng.
Trong đồ án này ta sẽ đi tách chiết collagen từ da cá tra, sau đó thủy phân để thu
đƣợc sản phẩm collagen phù hợp ứng dụng vào công nghệ mỹ phẩm (có khối lƣợng
phân tử nhỏ, an toàn, tính chất cảm quan…). Phối trộn collagen vào kem dƣỡng da với
các nồng độ khác nhau bằng các cách khác nhau, sau đó đánh giá hoạt tính dƣỡng ẩm,
độ bền của các mẫu kem để tìm ra nồng độ collagen thích hợp cho việc ứng dụng
collagen vào kem dƣỡng ẩm sao cho vừa đem lại hiệu quả dƣỡng ẩm tốt vừa có tính
kinh tế.
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 2 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Collagen
1.1.1. Giới thiệu sơ lƣợc về collagen
Collagen là loại protein chính của mô liên kết, chiếm khoảng 25-35% tổng
lƣợng protein trong cơ thể ở các động vật có vú. Trong mô cơ, collagen chiếm khoảng
từ 1-2%. Trong cơ thể ngƣời, collagen chiếm từ 20-25% protein của cơ thể. Collagen
có tác dụng nhƣ một chất keo liên kết các tế bào lại với nhau để hình thành các mô và
cơ quan nền tảng trong cơ thể [17].
Collagen đƣợc phân bố rộng khắp trong các bộ phận nhƣ: da, cơ, sụn, răng, hệ
thống mạch máu của động vật và có mặt trong các lớp màng liên kết bao quanh các cơ
và là thành phần chính của dây chằng, gân, …
Ngày trƣớc collagen đƣợc sản xuất từ da và xƣơng của động vật có vú nhƣ: trâu,
bò, lợn…, phế thải của ngành chế biến gia cầm. Tuy nhiên nguồn động vật trên cạn này
không phù hợp với nhiều vùng tín ngƣỡng, tôn giáo, và có thể lây nhiễm một số bệnh
nhƣ: BSE (bệnh bò điên), FMD (bệnh lỡ mồm long móng). Vì thế hiện nay ngƣời ta
tìm các nguồn thu nhận collagen mới từ các loài cá và thủy sản khác [6].
1.1.2. Thành phần hóa học và cấu trúc của collagen

a) Thành phần hóa học
Trong collagen có gần đầy đủ các loại acid amine (20 loại), thành phần acid
amine có thể thay đổi tùy theo nguồn gốc của collagen.
Trong thành phần collagen không chứa cystein và tryptophan, chứa một lƣợng
lớn glycine (Gly) (khoảng 33%), proline (Pro) (khoảng 12%), hydroxyproline (Hyp)
(khoảng 22%). Collagen là một trong số ít những protein có chứa hydroxylysine (Hyl),
ngoài ra trong thành phần collagen còn chứa khoáng chiếm tỉ lệ 1% [7].



Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 3 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

Bảng 1.1. Thành phần các acid amin trong collagen từ vảy cá Rohu và cá Catla (số
gốc/1000 gốc) [10].

Amino acid
Rohu
Catla
Aspartate + Asparagine
53
48
Glutamate + Glutamine
87
83
Hydroxyproline
83
84
Serine

28
26
Glycine
361
353
Histidine
0
0
Arginine
38
38
Threonine
17
17
Alanine
80
83
Proline
118
130
Tyrosine
3
2
Valine
15
15
Methionine
9
9
Cysteine

0
0
Isoleucine
13
12
Leucine
28
26
Phenylalanine
54
55
Lycine
13
19

b) Cấu trúc phân tử collagen
Về cấu trúc của phân tử collagen, phân tử collagen hay còn gọi là tropocollagen
là một cấu trúc dạng sợi hình ống chiều dài khoảng 300nm, đƣờng kính 1,5 nm. Mỗi
sợi collagen này đƣợc cấu tạo từ ba chuỗi polypeptide nối với nhau bằng các liên kết
hydro và xoắn lại với nhau giống nhƣ sợi dây thừng.
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 4 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm


Hình 1.1. Tropocollagen [2].

Mỗi một vòng xoắn có độ dài là 3,3 gốc amino acid, chiều cao là 2,9 A°. Mỗi
một chuỗi polypeptide trong collagen đƣợc cấu tạo từ các amino acid theo một trật tự,
thông thƣờng là Gly - Pro - Y, hoặc Gly - X - Hyp. Trong đó, X, Y là những đơn vị

amino acid khác. Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) chiếm khoảng 1/6 chuỗi,
glycine chiếm khoảng 1/3 chuỗi. Tổng cộng chỉ riêng proline, hydroxyproline, và
glycine chiếm 1/2 chuỗi collagen. Các amino acid còn lại chiếm ½ [11].

Hình 1.2. Liên kết peptide. Hình 1.3. Liên kết Hydro.
1.1.3. Phân loại collagen
Tính đến thời điểm hiện tại, có 42 loại chuỗi polypeptide đƣợc nhận dạng.
Chúng đƣợc mã hóa bởi 41 loại gen khác nhau, tạo thành 27 loại collagen. Họ collagen
đƣợc phân loại thành những phân họ khác nhau dựa vào sự tổ hợp của các siêu phân tử.
Dựa theo cấu trúc và cách tổ chức sắp xếp các phân tử trong chuỗi, collagen
đƣợc phân chia thành 7 nhóm chính: collagen dạng hình sợi, FACIT collagen, collagen
dạng mạng, collagen dạng giữ chặt, collagen chuyển màng, collagen màng nền và các
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 5 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

loại collagen có chức năng duy nhất khác. Những loại collagen này khác nhau về chiều
dài của chuỗi xoắn ốc cũng nhƣ bản chất và kích cỡ của những phần không xoắn ốc
[9].
Trên 90% collagen trong cơ thể là dạng I, II, III, IV. Những loại collagen khác
chỉ hiện diện với lƣợng rất nhỏ và chỉ ở một vài cơ quan đặc biệt.
Bảng 1.2. Phân loại collagen [12].

Loại
Nhóm
Thành phần
Phân bố
I
Sợi
α1[I]α2[I]

Da, xƣơng, gân, dây
chằng
II
Sợi
α1[II]3
Sụn
III
Sợi
α1[III]3
Da, máu, mạch, ruột
IV
Mạng lƣới
α1[IV]2α2[IV]
Màng tế bào
α3[IV]α4[IV]α5[IV]
α5[IV]2α6[IV]
V
Sợi
α1[V]3
Xƣơng, gân, giác
mạc, nhau thai
α1[V]2α2[V]
α1[V]α2[V]α3[V]
VI
Mạng lƣới
α1[VI]α2[VI]α3[VI]
Xƣơng, gân, sụn
α1[VI]α2[VI] α4[VI]
VII
Sợi mỏ neo

α1[VII]2α2[VII]
Gân, bàng quang
VIII
Mạng lƣới
α1[VIII]3 α2[VI]3
Gân, não, tim, thận
α1[VIII]2α2[VIII]
IX
Collagen dạng sợi kết
hợp với xoắn gián đoạn
(Fibril-associated
collagens with
interrupted triple helices-
α1[IX]α2[IX]α3[IX]
Sụn, giác mạc
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 6 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

FACIT)
X
Mạng lƣới
α1[X]3
Sụn
XI
Sợi
α1[XI]α2[XI]α3[XI]
Sụn
XII
FACIT

α1[XII]3
Gân, dây chằng
XIII
Collagen dạng màng kết
hợp với xoắn giáng đoạn
(Membrane-associated
collagens with
interrupted triple helices-
MACIT)
_
Màng tế bào, gân, sụn
XIV
FACIT
α1[XIV]3
Xƣơng, sụn, dây
chằng
XV
Dạng ghép kênh
(Multiplexins)
_
Mau mạch, tinh hoàn,
thận, tim
XVI
FACIT
_
Hạ bì, thận
XVII
MACIT
α1[XVII]3
Hemidesmosomes

trong biểu mô
XVIII
MULTIPLEXINS
_
Biểu bì, nang tóc, gan
XIX
FACIT
_
Biểu bì, nang tóc
XX
FACIT
_
Giác mạc (gà)
XXI
FACIT
_
Dạ dày, thận
XXII
FACIT
_
Mô nút giao
XXIII
MACIT
_
Tim, võng mạc
XXIV
Sợi
_
Xƣơng, giác mạc
XXV

MACIT
_
Não, tim, tinh hoàn
XXVI
FACIT

Tinh hoàn, buồng
trứng
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 7 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

XXVI
Sợi
_
Sụn

1.1.4. Tính chất của collagen
a) Nhiệt độ biến tính
Khi thực hiện quá trình biến tính collagen bằng nhiệt, các tính chất vật lý của
collagen nhƣ độ nhớt, khả năng hòa tan, khả năng hấp thu quang học thay đổi. Độ nhớt
của collagen thay đổi trong một khoảng rộng khi ta tăng nhiệt độ. Dựa vào sự thay đổi
độ nhớt của collagen theo nhiệt độ ngƣời ta xác định đƣợc nhiệt độ biến tính của
collagen [2].
Độ nhớt của collagen giảm dần theo chiều tăng của nhiệt độ. Theo đồ thị hình
1.4 ta thấy độ nhớt của collagen bắt đầu giảm ở 30
0
C và đạt ổn định tại 42,5
0
C. Khi độ

nhớt của collagen giảm xuống thấp hơn ½ giá trị ban đầu (tại nhiệt độ phòng) thì
collagen xem là biến tính. Nhƣ vậy theo đồ thị thì collagen biến tính tại 37,5
0
C. Khi
biến tính cấu trúc xoắn ba sợi của collagen bị phá vỡ, collagen chuyển sang dạng lỗi
xoắn ngẫu nhiên do có sự phá vỡ liên kết hydro giữa các sợi collagen trong cấu tạo của
nó [15].

Hình 1.4. Đƣờng cong biến tính nhiệt của collagen, gelatin, collagen thủy phân [15].
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 8 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

b) Khả năng trƣơng nở
Collagen không hòa tan trong nƣớc mà nó hút nƣớc để nở ra, cứ 100g collagen
khô có thể hút đƣợc khoảng 200g nƣớc. Nguyên nhân là do tƣơng tác giữa các mạch
polypeptide làm cho phân tử collagen có những vùng kỵ nƣớc và vùng phân cực
mang điện tích tạo nên khả năng háo nƣớc làm trƣơng nở collagen. Collagen kết hợp
với nƣớc nở ra, độ dày tăng lên chừng 25% nhƣng độ dài tăng lên không đáng kể, tổng
thể tích của phân tử collagen tăng lên 2-3 lần [1].
Do nƣớc phân cực nên sẽ tác dụng lên liên kết hydro trong collagen, làm giảm
tính vững chắc của sợi collagen từ 3-4 lần. Khi nhiệt độ tăng cao mạch polypeptide sẽ
bị yếu đi và bắt đầu đứt thành những mạch nhỏ hơn. Nếu nhiệt độ tăng đến 60-65
o
C,
collagen sẽ bị phân giải. Đây là những đặc điểm cần lƣu ý trong quá trình xử lý thu
nhận collagen [20].
c) Tính kỵ nƣớc
Tính kỵ nƣớc của collagen đƣợc quyết định bởi các gốc kỵ nƣớc của acid amin
(gốc R – không phân cực) trong chuỗi polypeptide của collagen hƣớng ra ngoài, các

gốc này liên kết với nhau tạo liên kết kỵ nƣớc [1].
d) Tác dụng với acid và kiềm
Collagen có thể tác dụng với acid và kiềm, do trên mạch của collagen có gốc
carboxyl và gốc amin. Hai gốc này quyết định hai tính chất của nó. Trong môi trƣờng
acid, ion của nó tác dụng với gốc amin, điện tích trên carboxyl bị ức chế (hình thành
acid yếu có độ ion hóa thấp). Ngƣợc lại trong môi trƣờng kiềm, gốc amin bị ion hóa tạo
ra NH
3
+
[1].
Acid và kiềm có thể thủy phân collagen, mức độ thủy phân của collagen đƣợc
biểu tị bằng độ keo phân giải. Độ keo phân giải là chỉ số keo sinh thành sản phẩm có
thể tan trong nƣớc (thƣờng là trong điều kiện đun nóng), những sản phẩm này dƣới
nồng độ tƣơng ứng tiến hành làm lạnh có thể biến thành keo [20].
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 9 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

1.1.5. Thu nhận collagen
Hiện nay, ở Việt Nam đã có một vài công trình nghiên cứu tách chiết collagen
từ da cá trong phạm vi đối tƣợng nghiên cứu còn hạn hẹp.
Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn An Giang phối hợp với nhóm nghiên
cứu của trƣờng Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh (2010) đã nghiên cứu thành công
việc tách chiết collagen từ da cá Tra bằng hai phƣơng pháp hóa học.
Nhóm tác giả Trần Thị Huyền, Nguyễn Anh Tuấn, Hoàng Ngọc Anh, Vũ Lệ
Quyên của trƣờng đại học Nha Trang (2012) đã nghiên cứu thành công việc tách chiết
collagen từ da cá Tra Pangasius hypophthalmus bằng phƣơng pháp hóa học để ứng
dụng trong sản xuất mỹ phẩm.
Tác giả Lê Thị Thanh Vân (2012) đã nghiên cứu thủy phân collagen từ da cá tra
bằng enzyme Neutrase kết hợp với enzyme Flavourzyme.

Trên thế giới, việc nghiên cứu tách chiết collagen từ da cá đƣợc tiến hành từ
năm 1990 và từ collagen đã tạo ra nhiều sản phẩm ứng dụng trong công nghiệp, y học
và dƣợc phẩm.
Nhóm tác giả Sitthipong Nalinanon, Soottawat Benjakul, Wonnop
Visessangun, Hideki Kishimura (2007) đã tách chiết thành công collagen từ da cá
Priacanthus tayenus bằng phƣơng pháp sinh học (sử dụng enzyme pepsin).
Tác giả Raed Al Zahrani (2010) đã tách chiết thành công collagen loại I từ da cá
Bơn bằng phƣơng pháp hóa học.
Các phân tử collagen không có khả năng đi qua màng tế bào, cho nên cần phá
vỡ cấu trúc để chuyển collagen vào dung dịch. Ngƣời ta có thể phá vỡ cấu trúc tế bào
bằng các biện pháp cơ học nhƣ nghiền với bột thủy tinh hoặc cát thạch anh, làm đồng
hóa bằng thiết bị nghiền đồng thể (homogenizator). Thiết bị này có chày thủy tinh gắn
với motor quay và có thể điều chỉnh tốc độ quay theo yêu cầu. Các tế bào giữa chày
thủy tinh và thành cối sẽ bị phá hủy. Để tiện cho việc phá vỡ màng tế bào, các mô tế
bào thƣờng đƣợc cho trƣơng nƣớc. Ngoài ra còn có thể dùng sóng siêu âm, dùng các
dung môi hữu cơ nhƣ butanol, aceton, và các chất tẩy rửa. Các hóa chất này giúp cho
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 10 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

việc phá vỡ các bào quan của tế bào do trong các cơ quan này thƣờng chứa mỡ. Điều
này có thể giải thích tại sao trƣớc khi tách chiết collagen, da cá thƣờng đƣợc tẩy rửa
với các hóa chất trên, một mặt là để loại sạch các tạp chất, mặt khác là để cho da đƣợc
trƣơng nở oặc thành tế bào bị phá vỡ, giúp collagen dễ dàng đi vào dung dịch tách
chiết [2].
Sau khi cấu trúc tế bào bị phá vỡ việc tách chiết collagen dễ dàng hơn, có thể
tách chiết bằng các dung dịch acid, bazơ hoặc enzyme theo quy trình sau:




Acid/bazơ/enzyme

Bã

NaCl




Hình 1.5. Sơ đồ tách chiết collagen.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình trích ly chẳng hạn nhƣ loại acid,
phƣơng pháp trích ly, thời gian trích, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi trích ly,… Kích cỡ
nguyên liệu và tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đƣợc xem là hai thông số quan trọng bởi vì
quá trình tiếp xúc giữa hai pha rắn - lỏng càng tốt khi bề mặt tiếp xúc pha càng lớn.
Nguyên liệu có kích thƣớc nhỏ sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc pha làm quá trình trích ly
xảy ra hoàn toàn, ngƣợc lại thì trích ly sẽ bị hạn chế do không có sự tiếp xúc tốt giữa
hai pha. Tỉ lệ da/dung dịch acid lớn thì da sẽ phân tán đều trong dung dịch, nếu lƣợng
acid quá ít thì bề mặt da không đƣợc tiếp xúc hoàn toàn với dung dịch, trích ly không
Nguyên liệu
Chiết
Collagen sạch
Ly tâm
Kết tủa
Tinh chế
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 11 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

hoàn toàn. Thông số thời gian quyết định hiệu suất trích ly. Nếu thời gian ngắn thì
collagen hòa tan vào acid chƣa nhiều nên hiệu suất thấp. Tuy nhiên, thời gian quá dài

cũng không tốt vì mạch collagen có thể bị cắt sâu xuống hình thành gelatin [1].
1.1.6. Ứng dụng
a) Trong thực phẩm
Collagen đƣợc dùng làm vỏ bao xúc xích, màng bọc kẹo ăn đƣợc, làm nguyên
liệu sản xuất một số loại thực phẩm dinh dƣỡng, thực phẩm chức năng.
Trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, collagen đƣợc sử dụng ở dạng thủy phân
của nó nhằm tạo độ dai, độ đàn hồi, tạo cấu trúc, chống rỉ nƣớc, tạo khí, làm bền gel,
tạo lớp màng phủ ngoài cho sản phẩm [1].

Hình 1.6. Sản phẩm kẹo dẻo có vỏ màng làm từ collagen hydrolate.
Trong công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa, collagen thủy phân
(gelatin) đƣợc sử dụng nhƣ một phụ gia tạo cấu trúc, giúp ngăn cản sự rỉ nƣớc trong
sản phẩm, giúp ổn định các bọt khí, tạo bọt, giữ hƣơng,… cho một số sản phẩm nhƣ
kem, yogurt, pho mai, các sản phẩm sữa lên men qua xử lý nhiệt [2].
Trong công nghiệp sản xuất đồ uống nhƣ rƣợu vang, bia, nƣớc quả (nƣớc táo,
nƣớc nho,…) collagen đƣợc sử dụng vào công đoạn làm trong sản phẩm do phản ứng
tạo phức giữa các hợp chất polyphenol với protein (collagen) giúp quá trình kết tủa của
các tạp chất diễn ra nhanh, cải thiện độ trong và kéo dài thời gian bảo quản cho sản
phẩm.
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 12 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm


Hình 1.7. Collagen hydrolysate đƣợc dùng làm trong các loại thức uống.
Trong công nghiệp chế biến thịt, collagen đƣợc sử dụng trong việc chế biến thịt
đông, thịt hộp, pate, xúc xích nhằm tạo cấu trúc, tạo liên kết và là tác nhân ổn định cấu
trúc, làm vỏ bao cho sản phẩm.
b) Trong y học và dƣợc phẩm
Collagen là một vật liệu có khả năng phân hủy sinh học, tác dụng của collagen

dựa trên sự kết hợp khả năng tạo màng và tạo gel một cách tự nhiên. Collagen đƣợc sử
dụng trong lĩnh vực y dƣợc có mùi vị trung hòa, không gây dị ứng và đƣợc hấp thụ
hoàn toàn trong cơ thể con ngƣời, có tính tƣơng thích sinh học cũng nhƣ khả năng cầm
máu nên có thể đƣợc chế tạo thành những dạng khác nhau, là một loại vật liệu sinh học
lý tƣởng cho việc sản xuất các sản phẩm y học [2].
Collagen đƣợc chế tạo thành màng bao thuốc có tác dụng bảo vệ thuốc chống
những tác nhân có hại nhƣ ánh sáng, oxy, dịch vị.

Hình 1.8. Viên nang mềm có lớp vỏ ngoài làm từ collagen.
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 13 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

Trong nha khoa, collagen đƣợc chế tạo thành các mảnh bọt biển (sponges),
chúng là một tác nhân cầm máu. Collagen còn đƣợc làm thành lớp men răng nhân tạo
có chứa ion calcium, phosphate, fluoride áp lên bề mặt răng thật để bảo vệ răng khỏi
những tác nhân gây sâu răng.

Hình 1.9. Sản phẩm bọt biển trong nha khoa.
Collagen ở dạng sợi đƣợc dùng trong việc làm lành các vết thƣơng, vết rạch
trong phẫu thuật. Sợi collagen có thể đƣợc xử lý để tạo cấu trúc sợi thẳng, dài dùng làm
những sản phẩm y học cho gân, dây chằng. Những ống collagen đƣợc sử dụng thay thế
cho các cấu trúc nhƣ thực quản, dây thần kinh ngoại biên, niệu quản. Nó cũng đƣợc sử
dụng trong nuôi cấy tế bào [1].
Trong phẫu thuật nội soi, collagen đƣợc sử dụng để bôi vào các ống nội soi, có
tác dụng bôi trơn và collagen sẽ phân hủy trong cơ thể sau 40-60 phút mà không gây
hại gì.
c) Trong mỹ phẩm
Collagen chứa các tác nhân làm ẩm tự nhiên đối với cơ thể, có vai trò chống
nhăn, giữ cho da mềm và sáng. Collagen còn dùng làm nguyên liệu sản xuất các sản

phẩm nhƣ: mặt nạ, kem dƣỡng ẩm cao cấp, dầu gội, các sản phẩm dƣỡng tóc cũng nhƣ
các loại sữa tắm,…
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 14 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm


Hình 1.10. Sữa tắm và mặt nạ collagen hydrosate.
Collagen đƣợc dùng trong phẫu thuật thẩm mỹ nhƣ bơm môi, căng da mặt…

Hình 1.11. Collagen dùng trong phẫu thuật thẩm mỹ.

1.2. Ứng dụng collagen vào mỹ phẩm cho da
1.2.1. Cấu trúc của da
a) Công dụng của da [16]
Da là cấu trúc bao phủ ngoài cùng của cơ thể ngƣời. Là bộ phận bao phủ trung
bình 2 m
2
ở ngƣời lớn và dày khoảng 2mm. Công dụng của da:
Bảo vệ cơ thể chống lại: tổn thƣơng vật lý, sự xâm nhập của hóa chất,
thuốc và những biến động của môi trƣờng bên ngoài, mất nƣớc, các tia bức xạ, sự xâm
nhập của vi khuẩn.
Là cơ quan xúc giác và cảm giác.
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 15 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

Cách ly và cung cấp một cơ chế điều hòa nhiệt độ đặc biệt thông qua các
hoạt động bay mồ hôi, co mạch…
Tổng hợp vitamin D.

Bao bọc các bộ phận bên trong.
Đóng góp vào việc tạo nên đặc điểm sinh lí và hình thể của chúng ta
thông qua màu sắc, bố cục và số lƣợng lông mao trên da.
Là cơ quan biểu thị hoạt động giao tiếp (đỏ mặt, tái nhợt, đổ mồ hôi) và
là hệ liên kết xúc giác với bên ngoài.
b) Cấu trúc của da[18]
Da đƣợc cấu tạo từ 2 lớp chính: biểu bì và bì. Tƣơng quan và độ dày của 2 lớp
thì khác nhau ở các bộ phận khác nhau của cơ thể.


Hình 1.12. Cấu trúc da.
 Biểu bì: Là lớp ngoài cùng của da, có cấu tạo đa lớp. Trong đó các tế bào
ở các lớp khác nhau có cấu tạo khác nhau phù hợp với mục đích.
Biểu bì đƣợc phân chia thành 5 lớp tế bào từ dƣới lên trên là: (1) Lớp tế bào đáy
(còn gọi là lớp sinh sản), bao gồm một hàng tế bào vuông hay trụ đơn; trong lớp sinh
sản có các tế bào sắc tố, bên trong bào tƣơng có rất nhiều hạt bọc chứa melanin. Việc
Đồ án tốt nghiệp đại học Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 16 Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm

điều hòa và chế tiết melanin của các tế bào sắc tố phụ thuộc trƣớc hết vào yếu tố di
truyền và các yếu tố môi trƣờng, nội tiết, thần kinh. (2) Lớp Malpighi (còn gọi là lớp
gai), bao gồm nhiều hàng tế bào đa diện, liên kết nhau bằng hình thức "khớp mộng"
cho hình ảnh các "gai" dƣới kính hiển vi quang học ở độ phóng đại lớn, đây là những tế
bào trƣởng thành của biểu bì. (3) Lớp hạt bao gồm vài hàng tế bào mà bên trong bào
tƣơng có nhiều hạt keratohyalin tiền sừng, thể hiện hình ảnh đã có sự thoái triển của
các tế bào biểu mô. (4) Lớp bóng chỉ có ở da dày lòng bàn tay, lòng bàn chân, có vân,
không có lông và tuyến bã) thể hiện các tế bào biểu mô đã chết. (5) Lớp sừng, không
còn cấu trúc tế bào, có bản chất là mô chết đã đƣợc sừng hóa (lớp sừng còn đƣợc phân
ra lớp phụ là lớp bong vảy thể hiện sự bong tróc có tính chu kỳ của biểu bì).

Trong lớp biểu bì thì lớp sừng đóng vai trò quan trọng. 80% hoạt động dẫn
truyền xảy ra tại đây.
 Bì: Là một lớp mô nhớt, bên dƣới lớp biểu bì, chứa các mạch máu, dây
thần kinh, nang lông, và các tuyến mồ hôi. Cấu trúc gồm một số tế bào nhỏ nằm bên
trong một mạng lƣới các kết cấu protein và đƣợc bao quanh bởi một lớp thạch vô định
hình gọi là chất nền. Tế bào chủ yếu của lớp hạ bì là fibroblast, chịu trách nhiệm tổng
hợp 2 loại protein chính là collagen và elastin.
Collagen là một trong những thành phần chính của mô da, có dạng sợi, chiếm
khoảng 70 – 80% khối lƣợng khô của mô da. Nó giúp hình thành một giá đỡ bền vững
xuyên suốt lớp hạ bì.
Elastin chiếm khoảng 2% thể tích lớp hạ bì. Là một loại sợi linh động chịu trách
nhiệm cho sự co giãn và kéo duỗi của da.
Chất nền chủ yếu đƣợc tạo ra từ một lớp phân tử gọi là proteoglycans. Những
phân tử này có một phần là đƣờng và một phần là protein. Chúng giúp duy trì sự cân
bằng của nƣớc và các ion, hỗ trợ các thành phần khác của da, gián tiếp kết nối của các
nguyên bào sợi, và hỗ trợ cho các nhân tố trong quá trình sửa lỗi da.