PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

LỜI MỞ ĐẦU
Collagen là môt dạng protein có cấu trúc sợi dài và hầu hết các chức năng
của nó khác với dạng protein phổ biến là enzym. Những bó collagen-sợi
collagen là thành phần chính các thể nền màng tế bào cấu tạo nên hầu hết
các mô và cấu trúc bên ngoài màng tế bào, nhưng collagen cũng được tìm
thấy trong tế bào. Collagen có cường độ kéo đứt lớn và là thành phần chính
của gân, sụn, xương, dây chằng, da. Trong quá trình trích ly collagen có công
đoạn thủy phân tạo ra collagen hydrolysate, tùy vào mức độ thủy phân mà
có các ứng dụng khác nhau. Collagen hydrolysate được ứng dụng phổ biến
trong công ngệ thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm,...
Việc nghiên cứu ứng dụng collagen vào mỹ phẩm đã tến hành vào năm 1930
bởi người Đức; thời kì đó, người ta tách chiết collagen chủ yếu từ da và xương
của trâu, bò, lợn. Tuy nhiên, đến năm 1990 bắt đầu một hướng chuyển biến
mới: bắt đầu “tách chiết collagen từ da cá”, phát minh này của các nhà khoa
học thuộc Viện Hóa học Gdansk (Ba Lan) đã gây tếng vang mạnh mẽ trên
toàn cầu. Trong những năm gần đây nhiều quốc gia như: Mỹ, Pháp, Đức, Ba
Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc đã đầu tư hàng triệu đôla vào nghiên cứu thu nhận
collagen để làm nguyên liệu sản xuất da

Việc sản xuất collagen mang đến cơ hội cho nhiều doanh nghiệp thủy sản từ
phụ phẩm, đặc biệt là phụ phẩm cá tra. Phụ phẩm cá tra có thể được tối ưu
hóa giá trị nhằm gia tăng doanh thu và lợi nhuận bằng cách đầu tư để sản
xuất collagen. Giá trị xuất khẩu từ cá tra cao gấp 8-10 lần so với nguyên liệu
1


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

cá thông thường. Với năng lực xuất khẩu hơn 600.000 tấn cá tra/năm và tổng
sản lượng phụ phẩm (đầu, xương, da, nội tạng, mỡ ) xấp xỉ 70% khối lượng
nguyên liệu sẽ là nguồn cung ứng dồi dào cho việc sản xuất collagen, một sản
phẩm có giá trị xuất khẩu cao. Nếu các doanh nghiệp thủy sản Việt Nam biết
tận dụng da cá tra hằng năm để tự sản xuất collagen thì sẽ có cơ hội nâng
cao giá trị cá tra và thu được mức lợi nhuận cao. Đây sẽ là một hướng đi mới
và đầy tềm năng.

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN COLLAGEN VÀ NGUYÊN LIỆU
I.
Giới thiệu về nguồn nguyên liệu:
Cá basa là loài cá tăng trưởng mạnh, giàu dinh dưỡng và có giá
trị xuất khẩu cao. ở nước ta, đặc biệt là đồng bằng sông Cửu
Long việc nuôi cá basa rất là phát triển. Mặt hàng xuất khẩu chủ
yếu là fille cá, lượng cá xuất khẩu khoảng 30000-35000 tấn
fille/năm trong đó, da cá là nguồn phụ phẩm chiếm khoảng
0.5%. Như vậy, ta có khoảng 1500-1750 tấn da/năm. Về mặt cấu
tạo, da cá basa cũng có lớp biểu bì (epidermis) và lớp bì (dermis)
như da người nên collagen có nguồn gốc từ da cá được ứng
2


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Nếu được tận

dụng được nguồn phụ phẩm têm năng này sẽ giúp nghành thủy
sản Việt Nam sẽ có những bước nhảy vọt mới.
II.
Giới thiệu sơ lược về collagen :
Collagen là loại protein cấu trúc chính yếu, chiếm khoảng 30% tổng
lượng protein trong cơ thể ở các động vật có xương sống. Collagen có
nhiều trong gân, da, xương, hệ thống mạch máu của động vật và có
mặt trong các lớp màng liên kiết bao quanh các cơ. Khoảng 10%
protein trong cơ ở động vật có vú là collagen; các protein ngoại bào
(hơn 90%trong gân, xương và khoảng 50% trong da) có chứa
collagen. Nó có tác dụng như một loại keo liên kiết các tế bào lại với
nhau để hình thành các mô và cơ quan nền tảng trong cơ thể.
Collagen cung cấp cho các mô liên kiết những đặc tính nổi trội nhờ
vào sự hiện diện rộng khắp và sự sắp xếp mang tính cấu trúc của nó.
Nó phân bố khắp nơi trong cơ thể, từ chỗ gân nối bắp chân với gót
chân cho tới giác mạc. Trong gân và dây chằng, collagen có tác dụng
truyền lực từ cơ sang xương và tích trữ năng lượng đàn hồi, giúp cơ
thể di chuyển nhịp nhàng, uyển chuyển.
Collagen được xem như vật liệu xây dựng. Sự linh hoạt của nó là
nhờ vào cấu trúc cấp bậc phức tạp, tạo nên sự đa dạng trong tính
chất nhằm phục vụ những chức năng nhất định.
1. Thành phần,cấu trúc của collagen:
Collagen là protein chính của mô nối động vật và là protein dồi dào
nhất ở những động vật có vú, chiếm khoảng 25%-35% toàn bộ
lượng protein trong cơ thể. Collagen tạo nên 1% tới 2% của mô cơ
và chiếm 6% khối lượng của gân, xương, dây chằng, sụn và răng
trong cơ thể.
Collagen có cấu trúc rất phức tạp. Tropollagen-“phân tử
collagen” là một đơn vị lớn hơn của collagen gọi là các sợi. Nó dài
khoảng 300nm, có đường kính 1.5nm và bao gồm 3 chuỗi

3


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

polypeptide (gọi là chuỗi α). Mỗi chuỗi α cuộn thành đường xoắn
ốc theo hướng từ trái sang phải tạo thành đường bộ ba xoắn ốc.

Một chuỗi polypeptde có khối lượng phân tử khoảng 100kDa,
tạo nên tổng khối lượng collagen khoảng 300kDa. Chuỗi α được
cấu tạo bởi khoảng 1000 axit amin. Các chuỗi α khác nhau (α1, α2
và α3) ở thành phần amino axit. Sự phân bố các chuỗi α1, α2 và α3
trong các phân tử collagen khác nhau tùy thuộc khác nhau về gene.
Collagen giàu thành phần glycine, proline và hydroxyproline, là
một trong số ít protein chứa hydroxylysine và không chứa
trytophan. Nó chứa khoảng 33% glycine, 12% proline và 11%
hydroxyproline. Các amino acid sắp xếp trong chuỗi xoắn ốc theo
các dãy với sự phân bố như sau :

•

Cấu trúc sợi của collagen:

4


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG


GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

Phần lớn collagen trong mạng lưới ngoại bào được tìm thấy ở dạng
sợi, bao gồm những sợi mảnh, nhỏ. Thông qua các quá trình tạo
sợi, các phân tử collagen tổ hợp với nhau tạo thành các vi sợi
(microfibril) bao gồm 4-8 phân tử collagen hoặc với số lượng nhiều
hơn thì sẽ tạo thành các sợi(fibril). Những sợi nè có đường kính từ
10-500nm tùy thuộc vào loại mô và giai đoạn phát triển. Các sợi
collagen sẽ thiết lập nên các sợi lớn hơn (fiber) và cao hơn nữa là
các bó collagen (fiber bundle).

Các chuỗi collagen sắp xếp song song theo chiều dọc tạo thành các sợi với
tính chu kỳ nhất định. Chúng được sắp xếp so le với nhau một khoảng
67nm và có một khoảng trống khoảng 40nm giữa những phân tử liền kề với
nhau. Nhờ vào cấu trúc có thứ bậc, độ bền vốn có của chuỗi xoắn ốc được
chuyển sang các sợi collagen, cung cấp cho các mô độ cứng, độ đàn hồi và
những đặc tính cơ học riêng biệt.

5


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

Sợi collagen là các tổ hợp có cấu trúc bán kết tnh của các phân tử collagen.
Các vi sợi kết hợp nên sợi lớn hơn. Các sợi collagen được sắp xếp với những
cách thức kết hợp khác nhau và mức độ tập trung khác nhau trong các mô
khác nhau để cung cấp các đặc tính khác nhau của mô.
2.


Phân loại collagen:
Tính đến thời điểm hiện tại, có 42 chuỗi polypeptde được nhận dạng.
Chúng được mã hóa bởi 41 loại gene khác nhau, tạo thành 27 loại collagen
khác nhau. Họ collagen được phân loại thành những phân họ khác nhau
dựa vào sự tổ hợp của các siêu phân tử.
Hơn 90% collagen trong cơ thể là các loại collagen loại I, II, III, IX. Những
bệnh tật có liên quan đến collagen là do sự khuyết về gene ảnh hưởng đến
sự sinh tổng hợp, sự sắp xếp cũng như các quá trình khác trong sự sản sinh
collagen một cách bình thường.

6


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

Hiện tại, có ít nhất khoảng 13 loại collagen được trích chiết. Chúng khác nhau về
chiều dài của chuỗi xoắn ốc cũng như bản chất và kích cỡ của những phần không
xoắn ốc.

7


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

3. Tính chất của collagen:

3.1 Tính chất với nước:
Collagen không hòa tan trong nước mà nó hút nước để nở ra, cứ 100g
collagen khô có thể hút khoảng 200g nước. Collagen kết hợp với nước nở ra
trong nước, độ dày tăng lên chừng 25% nhưng độ dài không tăng lên đáng kể,
tổng thể tích của phân tử collagen tăng gấp 2-3 lần.
3.2 Tác dụng với acid, kiềm:
Collagen có thể tác dụng với acid và kiềm, do trên mạch collagen có gốc
carboxyl và amin. Hai gốc này quyết định hai tính chất trên. Trong điều kiện có
acid tồn tại, ion của nó tác dụng với gốc amin, điện tích trên carboxyl bị ức chế
( hình thành acid yếu có độ ion hóa thấp), trái lại gốc amin bị oxy hóa tạo NH 3+.

8


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

Ngoài ra các acid và kiềm còn gây ra một số biến đổi khác:
-

Cắt đứt mạch muối ( liên kiết giữa NH3+ và COO- ) làm đứt mạch peptd
trong mạch chính.
Làm đứt liên kiết hydrogen giữa gốc -CO, NH- của mạch xung quanh nó.
Làm acid amin bị phân hủy giải phóng amoniac.

Collagen phân giải thành gelatn, căn cứ vào giả thuyết của Hofmeister phản
ứng sẽ tến hành như sau:

Gelatn được điều chế ở nhiệt độ cao, các nhóm amide bị thủy phân và cấu

trúc chuỗi xoắn ốc của collagen bị phá hủy. Cấu trúc của gelatn không có trật
tự và khối lượng phân tử phân bố ở một khoảng rộng, có thành phần hóa học
là:
-

85,90% protein.
8,13% nước.
0,52% chất khoáng.

Nếu xử lý trong điều kiện nhiệt độ cao và có nước thì keo thì dễ biến đổi
thành:

9


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

Do đó nếu muốn phân giải collagen thì ta phải khống chế nhiệt độ cho chất
lượng gelatn được đảm bảo.
3.3 Tính chất khác của collagen:
- Khả năng tạo nhũ tương : Là một protein không tan, collagen có thể ít dấu
hiệu cho thấy là một nhũ tương hóa. Tuy nhiên, collagen có nguồn gốc từ da
sống được xử lý và biến tính ở mức độ khác nhau có thể là một nhũ hóa tốt
hơn sữa gầy.
- Khả năng hòa tan : collagen tan trong glycerin, acid axetc, ure nhưng không
tan trong nước lạnh. Collagen cũng đã được phân chia thành bốn lớp trên cở
sở tính hòa tan trong các dung dịch đệm khác nhau : tan trong muối trung
tính, tan trong acid, tan trong kiềm.

- Sự biến tính : Dưới tác dụng của các chất hóa học như acid, baze, muối, các
dung môi alcohol và các tác nhân vật lý như khuấy trộn cơ học, nghiền, ta cực
tím... các cấu trúc bậc 2, 3, 4 bị biến đổi làm cho các liên kiết hydro, cầu nối
disunfit, các liên kiết ion bị phá vỡ nhưng không bị phá vỡ liên kiết peptt. Đó là
hiện tượng biến tính protein. Sau khi bị biến tính protein, thường có các đặc tính
sau :







Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kỵ nước vốn ở bên trong phân tử
protein.
Hoạt tính sinh học ban đầu mất đi.
Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzim protease do làm xuất hiện
các liên kiết peptt ứng với trung tâm hoạt động của protease.
Tăng độ nhớt nội tại.
Mất khả năng kết tnh.

-Tính kị nước : Do các gốc kị nước của các acid amin trong chuỗi
polypeptde của protein hướng ra ngoài, các liên kiết với nhau tạo liên kiết kị
nước. Đọ kị nước có thể giải thích là do các acid amin có chứa gốc R- không phân
10


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha


cực nên nó không có khả năng tác dụng với nước. Tính ki nước sẽ ảnh hưởng rất
nhiều đến tính tan của protein.
4. Nguồn nguyên liệu chứa collagen:
Collagen chứa hầu hết trong các bộ phận của cơ thể như mô, gân, xương, da... của các
loại động vật, nhưng có một nguồn nguyên liệu dồi dào chứa rất nhiều collagen mà
chúng ta chưa tận dụng triệt để là da cá, đặc biệt la da cá basa. Hằng năm, chúng ta
xuất khẩu đi một lượng cá basa rất lớn nên phế phẩm là da cá thì vô kể nhưng mà hầu
hết chỉ làm thức ăn chăn nuôi nên giá trị không cao; do đó cho nên trích ly collagen từ
da cá là một hướng đi mới và đầy tềm năng.

11


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH SẢN XUẤT COLLAGEN
I.

II.

Quy trình sản xuất collagen:

Một số giai đoạn quan trọng trong sản xuất collagen:
1. Xử lý nguyên liệu:
Để thu được collagen không có mùi, da cá cần phải bỏ các chất béo
bằng cách áp dụng phương pháp của Gudmundsson và Hafsteinsson
( 1997) , phương pháp được trình bày như sau:


12


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

Da ca sau khi được rửa sơ bộ với nước thì sẽ tếp tục xử lý với lần
lượt 3 loại dung dịch (NaOH 0,2%, H2SO4 0,2% và acid citric 0,7% )
với tỉ lệ da : dung dịch la 1:10. Sau mỗi làn xử lý thì phải rửa sạch
với nước đến khi đạt pH=7 trước khi tến hành lần tếp theo nhằm
nâng cao khả năng khử mùi.
2. Quá trình trích ly collagen:
Quá trình trích ly collagen được thực hiện ở nhiệt độ 4 0C trong 24, 48 và
72h với dung dịch có nồng độ 0.5M của các acid citric, axetc. Với mỗi
loại acid, collagen được trích ly toàn phần (A), từng phần (B):
- Phương pháp toàn phần A : da cá được trích ly trong một dung
dịch acid một lần duy nhất ứng với các mốc thời gian 24, 48 và 72h.
- Phương pháp từng phần B : da cá sẽ được trích ly qua nhiều lần,
mỗi lần 24h, sau đó lượng collagen thu được ở các lần trích được
gộp lại và tính hiệu suất.
3. Quá trình kết tinh collagen:
Collagen kết tnh ( collagen hòa tan trong acid) được tách ra với phương
pháp ly tâm với vận tốc 5000 vòng/ phút trong 90 phút,sử dụng máy ly
tâm Hermle Z 200A. Để thu được collagen tnh khuyết hơn thì phần
collagen kết tnh được hòa tan lại với acid axetc 0.5M và kết tnh lại
theo bước miêu tả trên. Quá trình kết tnh được lặp lại 2 lần.
-


13


PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN
- Collagen là một protein cấu trúc chính của cơ thể và có rất nhiều chức
năng quan trọng trong cơ thể con người. Nó có phạm vi ứng dụng rộng
rãi trong nhiều nghành quan trọng như y học, công nghiệp và đặc biệt
trong mỹ phẩm. Trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu
trong việc tìm ra các nguồn thay thế nhằm đáp ứng nhu cầu collagen
của thị trường. Những phụ phẩm từ cá đã được chứng minh là nguồn
cung cấp lý tưởng nhất cho việc cung cấp collagen.
- Ở Việt Nam đã ra mắt Viện nghiên cứu chuyên biệt về collagen có trụ
sở tại Cần Thơ đã và đang thu hút nhiều nhà khoa học đầu nghành về
dinh dưỡng, công nghệ sinh học tham gia nghiên cứu và phát triển.
Trong quá trình khảo sát có thể rút ra điều kiện tối ưu cho quá trinh
chiết như sau: acid axetc là loại acid tốt nhất cho quá trình trích ly
collagen từ da cá basa. Các mức giá trị cho mưc khả quan nhất của các
thông số như nồng độ acid, tỉ lệ da:dung dịch, nhiệt độ, thời gian lần
lượt là 0,5M , 1:6 g/ml, 40C, 72 h và phương pháp trích ly từng phần
cho hiệu quả trích ly cao hơn.
- Tuy nhiên, bên cạnh đó còn nhiều vần đề khó khăn như nguồn nhân
lực khoa học nghiên cứu còn hạn chế và đặc biệt là máy móc ,trang thiết
bị để nghiên cứu rất đắt tền.

14



PHỤ PHẨM TIỀM NĂNG

GVHD : TS. Nguyễn Hoàng Nam Kha

TÀI LIỆU THAM KHẢO








/> /> /> />%E1%BA%ADn-v%C4%83n-%C4%91%E1%BB%93-an-luan-van-doan
MỤC LỤC

Giới thiệu.................................................................................. 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ COLLAGEN
1.
2.
3.
4.

Giới thiệu sơ lược về nguyên liệu..................................... 2
Giới thiệu sơ lược về collagen.......................................... 2
Tính chất của collagen...................................................... 8
Nguồn nguyên liệu của collagen....................................... 11

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH SẢN XUẤT COLLAGEN........................ 12

1.
2.

Quy trình........................................................................... 12
Một số giai đoạn quan trọng trong sản xuất..................... 12

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN............................................................. 14

15