Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm gelatin từ da cá ngừ

chất và màu sắc của gelatin nhiều hơn yếu tố thời gian, do đó nấu ở nhiệt độ thấp thời gian nấu dài tốt hơn. Có thể nấu trong điều kiện sau đây: Nhiệt độ nấu t0 = 70 ÷ 800C, và thời gian nấu 8h Nhiệt độ nấu t0 = 80 ÷ 900C, và thời gian nấu 5h Nhiệt độ nấu t0 = 90 ÷ 1000C, và thời gian nấu 3h Đo độ dính, sức đông và màu sắc của gelatin, ta thấy nấu trong điều kiện thứ nhất là tốt hơn, và nấu ở điều kiện thứ 3 cho chất lượng thấp nhất. Nhiệt độ ảnh hưởng đến phẩm chất, màu sắc của keo nhiều hơn thời gian. Do đó nhiệt độ nấu thích hợp nhất là 55 ÷ 700C nhưng tuỳ theo nguyên liệu, tuỳ theo số lần nấu mà có thể chọn chế độ nấu khác nhau. Ví dụ nấu lần 3 có thể chọn nâng nhiệt độ nấu lên 70 ÷ 900C. Lắng đọng và lọc keo nước Keo nước sau khi nấu có thể dùng vải để lọc, nhưng khó lọc. Nếu yêu cầu chất lượng cao thì có thể dùng phương pháp lắng đọng. Dưới đây giới thiệu đơn giản các phương pháp đó.  Phương pháp lắng đọng tự nhiên: Phương pháp này rất đơn giản, keo nước nấu lần thứ nhất, hoặc lần thứ hai đem lọc, rồi cho vào thùng giữ nhiệt độ ở 500C để lắng đọng, sau đó phân ra, dung dịch keo trong được đưa vào phương pháp xử lý tiếp theo. Phương pháp này thích hợp với dung dịch keo loãng.  Phương pháp lọc hấp thu: Phương pháp này là dùng một số chất lọc có tính chất hấp thụ tạp chất để tiến hành phân ly, nhưng khuyết điểm của phương pháp này là mặt lọc rộng và dễ bị tắc ảnh hưởng đến sản xuất. Chất lọc thường dùng là than xương, - 17 - trong điều kiện nhiệt độ ở 800C dung dịch keo dễ dàng lọt qua lớp than xương. Dùng phương pháp này để đồng thời tẩy màu, và tẩy mùi được. Than sau khi đã sử dụng có thể đem đốt rồi xử lý và dùng lại.  Phương pháp hình thành kết tủa: Nếu trong dung dịch có chất keo, ở điều kiện nhiệt độ từ 70 ÷ 800C, cho vào một ít acid phosphoric để tạo kết tủa Ca3(PO4)2. Khi Ca3(PO4)2 lắng xuống có thể kéo theo những tạp chất có trong keo cùng lắng xuống. Tạp chất Ca2+ còn trong dịch keo là do rửa chưa hết, chưa sạch, những hạt keo mang điện âm giữ lại. Ngoài ra H2SO3, H2SO4 cùng có những tác dụng tương tự ở nhiệt độ 70 ÷ 800C, thường bổ xung SO2 (chất khử mạnh) vào cho đến lúc có kết tủa rồi dùng nước vôi trung hoà, sau đó để yên cho nó lắng xuống. Dùng H2SO4 có thể đồng thời có thể tẩy màu làm trắng sản phẩm và còn có tác dụng chống thối nữa, nhưng nhược điểm của nó là cuối quá trình khó phân ly. Đối với lắng đọng và lọc keo nước thì phương pháp này có hiệu quả nhất định nhưng chỉ dùng để sản xuất những mặt hàng đặc biệt. Nếu yêu cầu chất lượng của gelatin không cao lắm, có thể dùng phương pháp dùng vải lọc là được mà không cần tiến hành những phương pháp trên. Cô đặc dung dịch keo Keo nấu lần thứ nhất và lần thứ hai đều rất đặc, làm lạnh là có thể đông lạnh rất tốt vì thế không cần phải cô đặc nếu có thiết bị làm khô tốt, khí hậu lạnh. Trên thực tế dung dịch keo có phẩm chất tốt, nồng độ đạt 5% lúc làm lạnh là có thể đông lại. Vì dung dịch keo qua bước cô đặc làm giảm độ dính và sức đông của nó nên thường bỏ qua bước này, vừa đơn giản thao tác vừa đảm bảo chất lượng. Keo nấu lần thứ ba trở đi, do hàm lượng keo thấp, khó đông nên cần thiết phải tiến hành cô đặc, mặt khác keo chỉ đông trong điều kiện nhiệt độ thấp, nếu nhiệt độ trên 200C sẽ bị chảy, do đó lúc bắt đầu làm khô nên giữ nhiệt độ dưới 200C, nhưng như thế thời gian làm khô tương đối dài. Nếu nhiệt độ và phương pháp - 18 - không thích hợp thì keo dễ phát sinh hiện tượng biến chất, do đó bước cô đặc vẫn cần thiết đối với keo loãng. Dung dịch keo xử lý trong nhiệt độ cao, thời gian dài dễ bị phân giải làm giảm phẩm chất, vì thế không thể dùng phương pháp cô đặc ở áp suất thường, các xưởng sản xuất keo hiện đại đều dùng phương pháp cô đặc chân không. Trong điều kiện nhiệt độ ngoài môi trường dưới 100C thì dung dịch keo sau khi lọc có thể đông đặc tự nhiên, ta cắt miếng rồi tiến hành làm khô mà không cần thiết phải qua công đoạn cô đặc. Nhưng những lần nấu sau nồng độ của gelatin giảm xuống thấp và trong điều kiện nhiệt độ cao (như ở Việt Nam) thì công đoạn cô đặc là rất cần thiết. Nếu có điều kiện thì cô đặc chân không là tốt nhất, chất lượng và màu sắc của keo tương đối tốt. Cũng có thể cô đặc trong điều kiện thường ở nhiệt độ trên dưới 600C, nhưng thời gian cô đặc tương đối dài ảnh hưởng đến độ dính và kéo dài thời gian sản xuất keo. Vì thế có thể tiến hành trong điều kiện áp suất thường có quạt thông gió để làm tăng tốc độ bốc hơi. Kết quả thí nghiệm cho thấy cô đặc trong điều kiện thông gió có thể rút ngắn được ½ thời gian cô đặc không có điều kiện thông gió. Tóm lại dù cô đặc theo phương pháp nào, trong điều kiện nào, ít nhiều cũng ảnh hưởng đến chất lượng của keo. Vì thế nếu sản xuất keo cao cấp dùng trong công nghiệp điện ảnh thì nên sản xuất vào mùa đông, hay trong điều kiện có thiết bị lạnh giữ nhiệt độ trên dưới 100C thì có thể bỏ qua bước cô đặc. Trong các phương pháp cô đặc thì cô đặc chân không là tốt nhất rồi đến cô đặc ở áp suất thường trong điều kiện thông gió và đến cô đặc ở áp suất thường không thông gió. Làm đông và cắt miếng Dung dịch sau khi đã xử lý ở trên cho vào các khay kim loại (khay inox hoặc khay nhôm) kích thước không nhất định, thường chiều sâu là 1.0 ÷ 1.5cm, chiều rộng 25 ÷ 30cm là thích hợp, chiều dài thường bằng chiều dài của lưới làm khô ở bước sau. Về mùa đông nhiệt độ tương đối thấp, có thể để cho keo lạnh đông tự nhiên, nhưng mùa hè nhiệt độ cao, có thể để ở những nơi nước chảy (ẩm) hoặc cho vào phòng lạnh tiến hành làm lạnh đông nhân tạo. Nói chung nhiệt độ dưới 150C, thời - 19 - gian 12 ÷ 18h thì gelatin có thể đông được hoàn toàn. Sau khi keo đông tiến hành cắt miếng để làm khô. Kích thước miếng không yêu cầu nhất định, đối với keo khô có phẩm chất tốt thì yêu cầu mỏng hơn (thường khoảng 1.0cm). Nhưng độ dày mỏng của keo sau khi làm khô không những chỉ liên quan đến lúc cắt keo mà còn liên quan đến nồng độ dung dịch của keo. Nói chung cắt mỏng thì chóng khô, nhưng độ mỏng hợp lý sao cho keo đông không dễ vỡ, nát vụn. Làm khô keo Sau khi cắt niếng cho vào khung lưới tiến hành làm khô, có quạt thông gió. Lưới có thể làm bằng thép không rỉ hoặc bằng sợi nilon. Keo đông có hàm lượng nước 60 ÷ 70 nếu nhiệt độ làm khô > 200C thì keo sẽ bị chảy ra, vì thế nhiệt độ làm khô ban đầu phải dưới 200C về sau có thể nâng dần lên 25 ÷ 300C để tăng tốc độ làm keo. Làm khô vừa phải để tránh hiện tượng keo bị rạn nứt, keo có độ khô thích hợp nhất là lượng nước còn lại trong keo khoảng 15 ÷ 16%. Trong thời gian làm khô tuỳ theo điều kiện làm khô mà quyết định, nhưng thời gian càng ngắn càng tốt, thường trong khoảng 24h.[6] 1.2.3.2 Một số quy trình tham khảo Quy trình sản xuất gelatin từ vẩy cá [6] Nguyên liệu: Các loại cá khác nhau thì độ lớn thành phần hoá học của vẩy cá cũng khác nhau do đó lúc sử dụng phải phân loại to nhỏ và tiến hành xử lý riêng, như thế mới nâng cao được chất lượng của gelatin. Sau khi chọn nguyên liệu, tiến hành nhặt bỏ tạp chất, tiến hành rửa và ngâm nước. Đối với vẩy cá tươi chỉ cần rửa để loại bỏ tạp chất và chất dính, đối với vẩy cá khô phải ngâm nước để khôi phục trạng thái mềm mại ban đầu của nó, đối với vẩy cá muối thì qua bước này cũng loại bỏ được lượng muối đi. Ở nhiệt độ 200C thì thời gian ngâm khoảng 1 ÷ 2 ngày nhưng phải thường xuyên thay nước để tránh bị thối. Ngâm vôi: Nguyên liệu sau khi được ngâm rửa sạch ta tiến hành ngâm vôi, nồng độ nước vôi thường dùng trong 3 lần ngâm là 0.2 ÷ 0.4%. Sau khi ngâm vẩy nở ra và khử đi các chất hữu cơ có thể hoà tan trong kiềm. Ngâm vôi lần 1: nồng độ vôi là 0.4% lượng nước vôi dùng khoảng 2.5 ÷ 3 lần lượng vẩy. Thời gian ngâm 1 ÷ 2 ngày trong điều kiện nhiệt độ tương đối cao thì thời gian tốt nhất không quá một ngày để tránh thối. Trong quá trình ngâm nên khuấy đều để tránh - 20 - hiện tượng tác dụng của vôi không đều lên nguyên liệu. Ngâm vôi lần 2: sau khi ngâm đủ thời gian thì xả nước vôi rồi vớt ra, dùng nước trong rửa sạch tạp chất và vôi bám trên nguyên liệu và cho vào bể ngâm lần thứ 2 với nồng độ nước vôi là 0.3% lượng dùng như trên, thời gian ngâm 2 ÷ 3 ngày, trong thời gian ngâm phải thường xuyên khuấy và kiểm tra nước, nếu vẩy biến chất thì phải rút ngắn thời gian ngâm. Kết thúc thời gian ngâm thì vớt ra, rửa sạch và đưa vào bể ngâm lần thứ 3. Nồng độ nuớc vôi là là 0.2%, lượng dùng như trên, thời gian ngâm 4 ÷ 5 ngày, ngâm xong rửa sạch. Ngâm acid: Trong sản xuất thường dùng acid HCl công nghiệp. Ngâm acid thường từ 3 ÷ 4 lần mỗi lần nồng độ acid và thời gian đều khác nhau.  Ngâm acid lần I: [ acid] = 12%, thời gian ngâm từ 10 ÷ 15phút, lượng acid thường dùng từ 2.5 ÷ 3 lần so với nguyên liệu, sau khi ngâm đủ thời gian thì tiến hành xả acid, vớt vẩy cá ra dùng nước trong rửa sạch.  Ngâm acid lần II: Nồng độ acid 8%, lượng dung dịch acid dùng từ 2 ÷ 2,5 lần so với nguyên liệu, thời gian ngâm khoảng 1/2h.  Ngâm acid lần III: [acid] = 3 ÷ 4% lượng acid dùng là 1.5 ÷ 2 lần so với nguyên liệu, thời gian ngâm khoảng 2h. sau đó vớt ra rửa sạch rồi tiến hành đem ngâm lần 4.  Ngâm acid lần IV: [acid] >1%, lượng dùng khoảng 3 ÷ 5 lần so với nguyên liệu, thời gian ngâm khoảng 24h. Nấu : Vì nguyên liệu khác nhau nên điều kiện xử lý, nấu khác nhau, do đó phải căn cứ vào kinh nghiệm cụ thể để xác định. Lắng, lọc: Dung dich sau lúc nấu có thể dùng vải để lọc (hoặc) có thể dùng các phương pháp sau: Lắng đọng tự nhiên. Lọc hấp thụ. Hình thành kết tủa. Cô đặc: Dung dịch gelatin đặc không cần cô đặc nữa, thường thì chỉ cô đặc dung dịch gelatin nấu ở các lần thứ 3 trở về sau. Nhiệt độ cô đặc càng thấp càng tốt. - 21 - Làm đông, cắt miếng: Dung dịch gelatin sau khi cô đặc cho vào các khay và tiến hành làm đông gelatin. Do chất lượng gelatin tương đối tốt, nồng độ cao nên ở nhiệt độ bình thường gelatin vẫn có thể tự đông được. Sau khi gelatin đông tiến hành cắt miếng, độ dày chừng 1cm nếu quá dày thì làm khô sẽ khó khăn hơn và cố gắng cắt đều đặn. Nguyên liệu Ngâm vôi Ngâm acid Nấu chiết Lắng, lọc Cô đặc Làm đông, cắt miếng Làm khô Bao gói Bảo quản Hình 1.8 Sơ đồ quy trình sản xuất gelatin từ vẩy cá. - 22 - Quy trình sản xuất gelatin từ da cá Basa [9] Nguyên liệu: Da cá được xả đông rồi tiến hành rửa bằng nước sạch nhằm loại bỏ các phần thịt còn bám dính trên da trước khi chuyển sang công đoạn xử lý tiếp theo. Ngâm Nacl: Sau khi rửa xong thì đem da cá ngâm 3 lần trong dung dịch nước muối. Ngâm NaOH: Kết thúc thời gian ngâm NaCl, nguyên liệu được rửa bằng nước sạch rồi đem ngâm 3 lần trong NaOH nhằm khử Lipid, protid và sắc tố hoà tan trong môi trường kiềm. Ngâm acid citric: Ngâm NaOH xong, nguyên liệu được rửa bằng nước sạch, đem ngâm lần 3 lần trong dung dịch acid citric nhằm khử các chất khoáng, protid và các sắc tố tan trong môi trường acid… Trích ly, lọc: Quá trình xử lý ở trên nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc trích ly, tiến hành lọc bằng vải màu để loại bỏ bã và thu hồi gelatin. Cô đặc, lạnh đông, làm khô, bao gói bảo quản: Gelatin thu hồi được sẽ đem đi cô đặc, làm lạnh đông và mang đi làm khô, bao gói, bảo quản ở nơi khô ráo thoáng mát. - 23 - Nguyên liệu Rửa Ngâm dung dịch NaCl Rửa Ngâm dung dịch NaOH Rửa Ngâm dung dịch acid citric Trích ly Lọc Cô đặc Lạnh đông Làm khô Bao gói Bảo quản Bã Hinh 1.9 Sơ đồ quy trình sản xuất gelatin từ da cá Basa. - 24 - 1.2.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về gelatin. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gelatin là: vẩy, xương, bong bóng và da cá. Da cá dùng để chế biến gelatin ít hơn các nguyên liệu khác. Vì động vật thuỷ sản chỉ có những loại cá to, da dày mới bóc được da (như cá nhám, cá voi) nhưng các loài cá này da của chúng hiện nay chủ yếu dùng cho ngành thuộc da. Xương cá tuy có thể chế gelatin nhưng đứng về mặt kinh tế mà nói thì số lượng quá ít vẩy cá chiếm tỷ lệ trọng lượng trong cá thuộc vào bộ phận không ăn được. Bong bóng cá tuy chỉ một ít có thể làm gelatin nhưng lượng collagen rất cao, do đó nó là nguyên liệu tốt dùng để sản xuất gelatin có chất lượng cao. Hiện nay trong sản xuất gelatin từ cá, nguyên liệu chủ yếu là vẩy cá. Trong nguyên liệu dùng để chế biến gelatin từ cá như da, vẩy, xương … thành phần chủ yếu là colagen, ngoài ra còn có albumin, globulin, chất béo và chất khoáng… Năm 1860 gelatin từ cá đã xuất hiện trên thị trường, nhưng sự hiểu biết về nó còn rất hạn chế. Đến năm 1956 Gustarson đã tiến hành nghiên cứu các khả năng phản ứng của colagen. Năm 1960 Piez và Gress đã nghiên cứu thành phần acid amin của gelatin từ một số loài cá và cho kết quả như bảng 1.6 [9] Bảng 1.6 Thành phần acid amin của gelatin từ một số loại cá Số lượng acid amin /1000 acid amin Amin acid Gelatin da cá chép Gelatin da cá tuyến Gelatin da cá chó Glycine Alanine Valine 317 120 19 345 107 19 328 114 18 Isolencine Lencine Proline 12 25 124 11 23 102 9,2 20 129 Hydroxyproline Phenylalanine Tylosine 73 14 3.2 53 13 3,5 70 14 1,8 Seline Threonine 43 27 69 25 41 25 - 25 - Methionine 12 13 12 Cystine Hydroxyline Lysine <1 4,5 27 <1 6,0 25 <1 7,9 22 Histidine Alginine Aspacticacid 4,5 53 47 7,5 51 52 7,4 45 54 Glutamic acid 74 75 81 Năm 1990, Trần thị Luyến đã nghiên cứu 50 keo từ xương cá của một số loài cá fillet. những năm gần đây có một số đề tài nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu keo từ da cá Basa như: Năm 2005, Vũ Trần Tùng đã nghiên cứu thành phần hoá học của da cá basa, tối ưu hoá các công đoạn xử lý NaCl, NaOH, Citric, trích ly. Từ đó đưa ra quy trình sản xuất gelatin từ da cá Basa. [9] Năm 2006, Trần Duy Phong đã nghiên cứu xử lý da cá bằng Na2CO3 để khử mỡ và điều chỉnh Ph, nghiên cứu ảnh hưởng của Ph trong nước nấu đến chất lượng gelatin và nghiên cứu ảnh hưởng của công đoạn cô đặc và sấy lạnh đến chất lượng của gelatin. [8] - 26 - PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Nguyên liệu: Nguyên liệu chính được sử dụng trong các thí nghiệm là da cá Ngừ Đại Dương Vây Vàng (Thunnus Albacares) thu nhận được từ công ty TNHH Hải Vương. Da cá sau khi thu nhận được rửa sạch, cho vào túi nilon, ướp đá, đóng vào thùng xốp, vận chuyển về phòng thí nghiệm để bảo quản ở tủ đông (t0 <= -180C) và tiến hành sản xuất gelatin. 2.1.2 Hóa chất và thiết bị sử dụng: Hóa chất sử dụng: Trong quá trình thí nghiệm có sử dụng các loại hóa chất như NaCl, NaOH, Acid Citric. Giai đoạn đầu do chưa có kinh nghiệm nên đã sử dụng các loại hóa chất tinh khiết với giá thành rất cao. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu so sánh với các loại hóa chất công nghiệp có giá thành tương đối rẻ mà tác dụng tới nguyên liệu tương đối tốt. Vì vậy với đặc tính của sản phẩm sản xuất thường sử dụng với quy mô lớn và giá thành rẻ nên chọn hóa chất công nghiệp để phù hợp với thị hiếu tiêu dùng. Hóa chất công nghiệp thông thường được sản xuất từ Trung Quốc và Nhật Bản. Thiết bị dùng trong nghiên cứu: Cân điện tử, Máy đo độ nhớt, tủ sấy hồng ngoại, tủ sấy. 2.2 Nội dung nghiên cứu  Thành phần hoá học của da cá ngừ  Nghiên cứu tối ưu hoá công đoạn xử lý NaOH  Nghiên cứu tối ưu hoá công đoạn trích ly  Đề xuất quy trình sản xuất gelatin từ da cá ngừ 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm: Sau khi tham khảo tài liệu nghiên cứu sản xuất gelatin từ da cá và xương cá của một số loài khác nhau, quy trình dự kiến cho việc nghiên cứu sản xuất gelatin từ da cá ngừ được đề xuất như sau: - 27 - Nguyên liệu Rửa Ngâm dung dịch NaCl Rửa Ngâm dung dịch NaOH Rửa Ngâm dung dịch acid citric Trích ly Lọc Sấy lạnh Lạnh đông Bao gói Bảo quản Bã Hình 2.1 Quy trình dự kiến sản xuất gelatin từ da cá ngừ Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu - 28 - Nguyên liệu: Da cá được rã đông rồi tiến hành rửa bằng nước sạch nhằm loại bỏ các phần thịt còn bám dính, tạp chất cặn bẩn… Sau khi rửa sạch ta đem cắt nhỏ miếng da cá khoảng 2 ÷ 3 cm để tạo ra kích thước đồng đều cho da thuận tiện cho các công đoạn xử lý tiếp theo. Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu: Lấy 10gam nguyên liệu đã được xử lý và rửa sạch, cho vào túi nilon nhỏ đem đi phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu. Ngâm NaCl: Sau khi rửa xong thì đem da cá ngâm (3 lần) trong dung dịch nước muối. Mục đích: Xử lý NaCl là làm sạch da cá và làm tăng khả năng hydrat hoá của da cá, tạo điều kiện cho quá trình xử lý, trích ly được dễ dàng, hiệu suất thu hồi gelatin cao hơn. Ngâm NaOH: Kết thúc thời gian ngâm NaCl, nguyên liệu được rửa sạch bằng nước rồi đem ngâm (3 lần) trong dung dịch NaOH nhằm khử lipid, protid và sắc tố hoà tan trong môi trường kiềm. Mục đích: Trên mạch colagen có gốc cacboxyl(- COOH) và amin(- NH3) nên sự có mặt của kiềm mạnh (NaOH) thì ion của nó tác dụng với gốc cacboxyl và làm cho điện tích trên gốc amin bị ức chế. Dưới tác dụng của kiềm thì colagen bị phá huỷ cấu trúc bậc cao, chuỗi polypeptid dãn xoắn dẫn tới việc phá huỷ từng cấu trúc colagen để tạo ra gelatin. Nhờ đó mà làm cho nguyên liệu trở nên mềm mại hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn xử lý tiếp theo. Ngoài ra, kiềm còn có tác dụng hoà tan và loại bỏ các chất hữu cơ khác như Albumin, mucin, mucoid, keratin và sắc tố… COO-… Na+ NH3+ COO-… Na+ NH3+ NH3+ COO-… Na+ NH3+ COO-… Na+ - 29 - Ngâm acid Citric: Ngâm NaOH xong, nguyên liệu được rửa sạch bằng nước rồi ngâm trong dung dịch acid citric nhằm khử các chất khoáng, protid và sắc tố tan trong môi trường acid đồng thời nhằm mục đích trung hoà môi trường của dịch. Mục đích: Cũng như kiềm, acid Citric (C6H7O8.H2O) là một acid yếu trong cấu tạo của colagen, do vậy acid Citric cũng làm cho colagen bị phá huỷ cấu trúc bậc cao và hình thành gelatin. Ngoài ra acid còn hoà tan các chất khoáng, sắc tố và một số các chất hữu cơ khác tan trong môi trường acid. Trích ly, lọc: Quá trình xử lý ở trên nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn trích ly, rồi tiến hành lọc bằng vải màn để loại bỏ bã và thu hồi dịch keo. Mục đích: Khi qua các công đoạn xử lý (ngâm NaCl, ngâm NaOH, ngâm acid citric ) thì các liên kết trong cấu trúc của colagen sẽ trở nên lỏng lẻo, đồng thời bị phá huỷ một phần do đó khi trích ly sẽ làm cho colagen từ từ tan ra thành dung dịch keo (keo gelatin). Colagen phân giải biến thành gelatin, theo Hofmeister: Kết quả phân giải colagen ngoài sản phẩm chính là gelatin, thì còn tạo thành gelatone và gelatose. Đây là sản phẩm của sự phân giải gelatin nếu chúng ta trích ly ở nhiệt độ và thời gian không thích hợp. Nếu như trích ly ở nhiệt độ càng cao và thời gian càng dài thì sự phân giải colagen ngoài tạo thành gelatin còn sản sinh ra các sản phẩm phân giải là gelatone và gelatose. Do đó trong quá trình trích ly, chúng ta phải chọn nhiệt độ và thời gian thích hợp để đảm bảo chất lượng của gelatin. C102H149N31O38 + H2O colagen C102H151N31O39 gelatin t0 C102H149N31O38 + H2O colagen C102H151N31O39 + C47H70O19 + 7N2 ↑ Gelatone gelatose t0 - 30 - Sấy lạnh, lạnh đông,bao gói, bảo quản: Dịch keo thu hồi được sẽ đem đi sấy lạnh, sau đó lạnh đông rồi mang đi bao gói, bảo quản ở nơi thoáng mát. 2.3.2 Phương pháp xác định các thông số  Xác định hàm lượng nitơ tổng số (NTS) bằng phương pháp Kjendahl - Theo TCVN 3705 – 90  Xác định hàm lượng NH3 bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước.  Xác định hàm lượng nước bằng phương pháp sấy khô ở nhiệt độ 100 ÷ 1050C.  Xác định hàm lượng tro toàn phần bằng phương pháp nung ở nhiệt độ 500 ÷ 6000C.  Xác định hàm lượng lipid bằng phương pháp Soxhlet.  Xác định độ nhớt bằng máy đo độ nhớt – nhớt kế Rotor hãng sản xuất ShanGhai.  Xác định thành phần khối lượng bằng cân điện tử với độ chính xác 0.001g hãng sản xuất Sartorius. 2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu Số liệu được xử lý trên phần mềm Microsoft Excel với hệ số tương quan R2  0.95. - 31 - 2.4 Bố trí thí nghiệm 2.4.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 3 L ần 3 L ần Nguyên liệu Rửa Ngâm dung dịch NaCl Rửa Ngâm dung dịch NaOH Rửa Ngâm dung dịch acid citric Trích ly Lọc Sấy lạnh Lạnh đông Bao gói Bảo quản Bã - Nồng độ: 0.95M. - Thời gian: 9 phút. - Tỷ lệ v/w = 6:1 - Nồng độ: 0.2 ÷ 0.3M. - Thời gian: 70 ÷ 90 phút. - Tỷ lệ v/w = (5 ÷ 6) :1 - Nồng độ: 0.051M. - Thời gian: 11h . - Tỷ lệ v/w = 3:1 - Nhiệt độ: 750C. - Thời gian: 4 ÷ 5h . - Tỷ lệ v/w = (2 ÷ 3) :1 - Nhiệt độ : 300 ÷ 350C - Thời gian : 12 ÷ 18h Hình 3.1 Quy trình sản xuất gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương. Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu - 32 - Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát cho thấy : Công đoạn xử lý NaCl và công đoạn xử lý acid citric các thông số được cố định dựa trên kết quả thí nghiệm của quy trình sản xuất cá Basa. [9] Công đoạn xử lý NaOH và công đoạn trích ly các thông số được triển khai thí nghiệm và tối ưu hóa. Các chỉ tiêu dùng để đánh giá ở công đoạn này là sản lượng (%) và độ nhớt (mPa.s). Công đoạn sấy: nhiệt độ được cố định theo kết quả nghiên cứu của nghiên cứu hoàn thiện quy trình thu nhận gelatin từ da cá Basa. [8] 2.4.1 Nghiên cứu tối ưu hoá chế độ xử lý NaOH Công đoạn này có 3 yếu tố ảnh hưởng là: nồng độ NaOH, thời gian xử lý và tỷ lệ dung dịch NaOH so với nguyên liệu (v/w). Các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn này được mô tả như hình 2.2 : Khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng đươc chọn như sau: Thời gian: 60 ÷ 90 phút(U1) Tỷ lệ: 5 ÷ 6 (U2 ) Nồng độ NaOH : 0.2 ÷ 0.4 M (U3) Hàm mục tiêu bao gồm sản lượng gelatin thu hồi được %(Y1) và độ nhớt của dung dịch gelatin mPa.s(Y2). Theo quy hoạch thực nghiệm thì số thí nghiệm cần phải làm là: N = 2n. Trong đó: N: số thí nghiệm n: số yếu tố Ở đây: n = 3 => N = 8 Công đoạn xử lý NaOH Nồng độ Thời gian Tỷ lệ v/w Sản lượng Độ nhớt Hình 2.2 Sơ đồ mô tả các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn xử lý NaOH - 33 - Để thuận tiện cho việc tính toán, ta chuyển từ hệ trục tự nhiên sang hệ trục không thứ nguyên với các biến ảo: X0, X1, X2, X3. Khi đó, ta có ma trận quy hoạch với biến ảo được bố trí như bản 2.1: Bảng 2.1 Bố trí thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệmvới biến ảo của công đoạn xử lý NaOH STT U1 U2 U3 X0 X1 X2 X3 Y1(%) Y2(mPa.s) 1 60 5 0.2 1 -1 -1 -1 2 90 5 0.2 1 1 -1 -1 3 60 6 0.2 1 -1 1 -1 4 90 6 0.2 1 1 1 -1 5 60 5 0.4 1 -1 -1 1 6 90 5 0.4 1 1 -1 1 7 60 6 0.4 1 -1 1 1 8 90 6 0.4 1 1 1 1 Để kiểm định phương trình hồi quy, ta tiến hành thực hiện các thí nghiệm ở tâm phương án được bố trí như thí nghiệm 2.2. Bảng 2.2: Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn xử lý NaOH STT U1 U2 U3 Y1(%) Y2(mPa.s) 1 75 5.5 0.3 2 75 5.5 0.3 3 75 5.5 0.3  Phương trình hồi quy tuyến tính về sản lượng và độ nhớt gelatin tách chiết được có dạng: 3322110 XbXbXbbY   . Với N YX b i N i ji j * 1   và N Y b N i i  10 Sau khi xác định được phương trình hồi quy, ta tiến hành tối ưu hoá theo đường dốc nhất để tìm điểm tối ưu. Kết quả tối ưu hoá công đoạn này sẽ dùng để xử lý cho việc tối ưu trong công đoạn tiếp theo. - 34 - 2.4.2 Nghiên cứu tối ưu hoá chế độ trích ly: Các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn trích ly là: nhiệt độ, thời gian và tỉ lệ nước so với nguyên liệu v\w. Các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn này được mô tả như hình 2.3: Hình 2.3 Sơ đồ mô tả các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn xử lý Citric Khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng được chọn như sau: Thời gian: 4 ÷ 5 h(U ) Tỷ lệ v\w: 2 ÷ 3(U2) Nhiệt độ: 70 ÷ 90 (U3) Hàm mục tiêu bao gồm sản lượng gelatin thu hồi được %(Y1) và độ nhớt của dung dịch gelatin mPa.s(Y2). Theo quy hoạch thực nghiệm thì số thí nghiệm cần phải làm là: N = 2n. Trong đó: N: số thí nghiệm. n: số yếu tố Ở đây: n = 3 => N = 8 Để thuận tiện cho việc tính toán, ta chuyển từ hệ trục tự nhiên sang hệ trục không thứ nguyên với các biến ảo: X0, X1, X2, X3. khi đó, ta có ma trận quy hoạch với biến ảo được bố trí như bảng 2.3: Công đoạn trích ly Nhiệt độ Thời gian Tỷ lệ v/w Sản lượng Độ nhớt - 35 - Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm với biến ảo của công đoạn trích ly STT U1 U2 U3 X0 X1 X2 X3 Y1(%) Y2(mPa.s) 1 4 2 70 1 -1 -1 -1 2 5 2 70 1 1 -1 -1 3 4 3 70 1 -1 1 -1 4 5 3 70 1 1 1 -1 5 4 2 90 1 -1 -1 1 6 5 2 90 1 1 -1 1 7 4 3 90 1 -1 1 1 8 5 3 90 1 1 1 1 Để kiểm định phương trình hồi quy, ta tiến hành thực hiện các thí nghiệm ở tâm phương án được bố trí như thí nghiệm sau: Bảng 2.4 Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn trích ly STT U1 U2 U3 Y1(%) Y2(mPa.s) 1 4.5 2.5 80 2 4.5 2.5 80 3 4.5 2.5 80 Phương trình hồi quy tuyến tính về sản lượng và độ nhớt gelatin tách chiết được có dạng: 3322110 XbXbXbbY   . Với N YX b i N i ji j * 1   và N Y b N i i  10 Sau khi xác định được phương trình hồi quy, ta tiến hành tối ưu hoá theo đường dốc nhất để tìm điểm tối ưu. - 36 - CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thành phần hoá học Kết quả xác định thành phần hóa học của cá ngừ đại dương được thể hiện ở bảng (3.1): Bảng 3.1 Thành phần hoá học của da cá ngừ đại dương(%) NTS (TL khô) NH3 (mg/kg) Lipid (TL khô) Tro (TL khô) Nước 50.95 5.05 21.54 2.54 60.80 Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 3.2 cho thấy: hàm lượng lipid trong da cá ngừ khá cao do đó ở công đoạn xử lý kiềm ta phải xác định nồng độ và thời gian xử lý sao cho loại bỏ triệt để lượng mỡ có trong da. Hàm lượng NH3 và khoáng tuy nhỏ nhưng nó cũng ảnh hưởng đến chất lượng của gelatin sau này nếu không loại bỏ trước khi trích ly. So sánh với kết quả về thành phần hoá học của da cá Basa thì hàm lượng lipid ở da cá ngừ nhiều hơn nhưng hàm lượng nitơ tổng số lại ít hơn ở da cá Basa. 3.2. Xác định các thông số tối ưu cho quy trình sản xuất keo gelatin từ da cá ngừ: 3.2.1 Công đoạn xử lý NaOH: Sau khi tiến hành thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm, ta thu được kết quả cho bảng (3.3): - 37 - Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm quy hoạch của công đoạn xử lý NaOH STT U1 U2 U3 X0 X1 X2 X3 Y1(%) Y(mPa.s) 1 60 5 0.2 1 -1 -1 -1 19.1 469 2 90 5 0.2 1 1 -1 -1 17.59 567 3 60 6 0.2 1 -1 1 -1 19.25 476 4 90 6 0.2 1 1 1 -1 17.56 583 5 60 5 0.4 1 -1 -1 1 16.72 489 6 90 5 0.4 1 1 -1 1 13.87 491 7 60 6 0.4 1 -1 1 1 13 438 8 90 6 0.4 1 1 1 1 10.56 430  Về sản lượng: Tính các hệ số bj bởi công thức: N YX b i N i ji j * 1   và N Y b N i i  10 Từ số liệu ở bẳng trên, ta tính được: b0 = 15.9563, b1 = - 1.06125, b2 = - 0.86375, b3 = - 2.4188 Phương sai tái hiện (Sth2) : Bảng 3.4 Kết quả về sản lượng thực hiện ở tâm phương án của công đoạn xử lý NaOH STT U1 U2 U3 0 )1( uY 0 )1( uY 0 )1( 0 )1( uu YY   20)1(0)1( uu YY  9 75 5.5 0.3 18.9 0.4633 0.2147 10 75 5.5 0.3 18.67 0.2333 0.0544 11 75 5.5 0.3 17.74 18.4367 -0.6967 0.4853     3 1 20 )1( 0 )1( u uu YY = 0.7545 Do đó Sth 2 = 3772.0 13 7545.0 1 )( 0 3 1 20 )1( 0 )1(       N YY u uu ( N0: số thí nghiệm ở tâm phương án ) Kiểm bj theo tiêu chuẩn Student, bằng cách tính các hệ số tj tương ứng bởi công thức: tj = jb j S b , với 2172.0 8 3772.02  N S S thb j Trong đó: : jb S là độ lệch quân phương của hệ số thứ j. - 38 - Tính toán ta có: t0 = 73.4883, t1 = - 4.8872, t2 = - 3.9777, t3 = - 11.1386. Tra bảng phân vị phân bố Student với p = 0.05; f = N0 – 1 = 2 (N0: số thí nghiệm ở tâm phương án ). Suy ra: t0.05(2) = 4.3. Vì t2 < tp(f) nên hệ số b2 của phương trình hồi quy không có ý nghĩa. Khi đó phương trình hồi quy có dạng: 31 4188.20613.19563.15 XXY   Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher: Các số liệu dùng để tính toán phương sai dư (S2dư ) được cho ở bảng 3.5: Bảng 3.5 Số liệu dùng để tính toán S2dư (về sản lượng) của công đoạn xử lý NaOH. STT 0)1( uY iY )1(  ii YY )1()1(   2)1()1( )( ii YY   1 19.1 19.4363 -0.3363 0.1131 2 17.59 17.3138 0.2763 0.0764 3 19.25 19.4363 -0.1863 0.0347 4 17.56 17.3138 0.2463 0.0607 5 16.72 14.5988 2.1213 4.4997 6 13.87 12.4763 1.3938 1.9426 7 13 14.5988 -1.5988 2.5560 8 10.56 12.4763 -1.9163 3.6720 955.12)( 1 2 )1()1(   N i ii YY  Phương sai dư 591.2 38 955.12 )( 1 2 )1()1( 2         lN YY S N i ii du  Trong đó: N: Số thí nghiệm - l: Số hệ số có ý nghĩa Tiêu chuẩn Fisher: 8684.6 3772.0 591.2 2 2  th du S S F Tra bảng phân vị phân bố Fisher với p = 0.05, f1 = N – 1 = 8 – 3 = 5, f2 = N0 – 1 = 3 – 1 = 2, ta có F1-p(f1,f2) = F0.95(5.2) = 19.3. Vì F<F1-p(f1,f2) nên phương trình hồi quy về sản lượng tương thích với thực nghiệm. Như vậy từ phương trình 31 4188.20613.19563.15 XXY   , ta thấy sản lượng tách chiết không phụ thuộc vào tỷ lệ dung dịch NaOH so với nguyên liệu nhưng - 39 - lại tỷ lệ nghịch với nồng độ và thời gian xử lý NaOH. Khi nồng độ và thời gian xử lý càng cao thì sản lượng giảm mạnh. Trong đó sự ảnh hưởng của nồng độ NaOH tới sản lượng là mạnh hơn so với sự ảnh hưởng của thời gian xử lý. Theo kết quả ở bảng 3.3 thì ở nồng độ 0.2M và thời gian xử lý 60 phút thì sản lượng tách chiết lớn nhất (19.25). Vì colagen là chất lưỡng tính nên nó có thể tác dụng với NaOH và chịu tác động của NaOH. Dưới tác dụng của NaOH: colagen bị cắt đứt mạch muối (liên kết NH3+ … COO-) làm đứt mạch peptit trong mạch chính, đứt liên kết hydrogen và acid amin bị phân huỷ giải phóng amoniac. Do đó nếu nồng độ NaOH quá cao thì hầu như mạch colagen bị thuỷ phân hết và ngoài ra một lượng không nhỏ gelatin cũng chịu tác động của NaOH sẽ bị thuỷ phân thành các chất có mạch liên kết ngắn hơn. Dẫn đến sản lượng của gelatin giảm. Do tác động của NaOH rất mạnh nên khi kéo dài thời gian xử lý thì lượng gelatin bị đứt mạch tăng nên sản lượng giảm.  Về độ nhớt: Tính các hệ số bj bởi công thức: N YX b i N i ji j * 1   và N Y b N i i  10 ( N: số thí nghiệm) Từ số liệu ở bảng trên, ta tính được: b0 = 492.875, b1 = 24.875, b2 = -11.125, b3 = -30.875. Phương sai tái hiện (Sth 2) : Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm ở tâm phương án: STT U1 U2 U3 0 )1( uY 0)1( uY 0 )1( 0 )1( uu YY    20 )1( 0 )1( uu YY  9 75 5.5 0.3 560 1 1 10 75 5.5 0.3 574 15 225 11 75 5.5 0.3 543 559 -16 256   482 3 1 20 )1( 0 )1(  u uu YY Kết quả về sản lượng thực hiện ở tâm phương án của công đoạn xử lý NaOH. Do đó Sth 2 = 241 13 482 1 )( 0 3 1 20 )1( 0 )1(       N YY u uu (N0: số thí nghiệm ở tâm phương án) - 40 - Kiểm bj theo tiêu chuẩn Student, bằng cách tính các hệ số tj tương ứng bởi công thức: tj = jb j S b , với 4886.5 8 2412  N SS thb j Trong đó: : jb S là độ lệch quân phương của hệ số thứ j. Tính toán ta có: t0 = 89.7994, t1 = 4.5321, t2 = -2.0269, t3 = - 5.6253. Tra bảng phân vị phân bố Student với p = 0.05; f = N0 – 1 = 2 (N0: số thí nghiệm ở tâm phương án). Suy ra: t0.05(2) = 4.3. Vì t2 < tp(f) nên hệ số b2 của phương trình hồi quy không có ý nghĩa. Khi đó phương trình hồi quy có dạng: 31 875.30875.24875.492 XXY   Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher: Các số liệu dùng để tính toán phương sai dư (S2dư) được cho ở bảng 3.7: Bảng 3.7 Các số liệu dùng để tính toán S2dư (về sản lượng) của công đoạn xử lý NaOH STT 0)1( uY iY )1(  ii YY )1()1(   2)1()1( )( ii YY   1 469 498.875 -29.875 892.5156 2 567 548.625 18.375 337.6406 3 476 498.875 -22.875 523.2656 4 583 548.625 34.375 1181.641 5 489 437.125 51.875 2691.016 6 491 486.875 4.125 17.0156 7 438 437.125 0.875 0.7656 8 430 486.875 -56.875 3234.766 625.8878)( 1 2 )1()1(   N i ii YY  Phương sai dư 725.1775 38 625.8878 )( 1 2 )1()1( 2         lN YY S N i ii du  Trong đó: N: Số thí nghiệm l: Số hệ số có ý nghĩa - 41 - Tiêu chuẩn Fisher: 3682.7 241 725.1775 2 2  th du S S F Tra bảng phân vị phân bố Fisher với p = 0.05, f1 = N - l = 8 - 3 = 5, f2 = N0 – 1 = 3 - 1 = 2, ta có F1-p(f1,f2) = F0.95(5.2) = 19.3. Vì F<F1-p(f1,f2) nên phương trình hồi quy về độ nhớt tương thích với thực nghiệm. Từ phương trình 31 875.30875.24875.492 XXY   cho thấy độ nhớt của dịch keo không phụ thuộc vào tỷ lệ của dung dịch NaOH so với nguyên liệu nhưng tỷ lệ nghịch với nồng độ NaOH và tỷ lệ thuận với thời gian xử lý. Do đó để dịch keo có độ nhớt lớn thì ta phải tăng thời gian xử lý NaOH và giảm nồng độ dung dịch NaOH. Chọn bước chuyển động của một yếu tố bất kỳ j. Ở đây, ta chọn bước chuyển động của yếu tố thời gian (X1) là: 11 22 12 . .*    b b  Các kết quả thực nghiệm tối ưu hoá độ nhớt được trình bày ở bảng 3.8 Bảng 3.8 Tính toán thực nghiệm tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của công đoạn xử lý NaOH Tên U1(h) U3 (0C) Y2(mPa.s) Mức cơ sở 75 0.3 Hệ số bj 24.875 -30.875 Khoảng biến thiên j 15 0.1 Bj * j 373.125 -3.0875 Bước chuyển j 0.5 -0.0414 Bước làm tròn 0.5 -0.05 Thí nghiệm 9 80 0.25 1576 Thí nghiệm 10 85 0.2 1378 Thí nghiệm 11 90 0.15 1254 Như vậy tại nồng độ 0.25M và thời gian 80 phút sẽ cho độ nhớt tương đối cao nhất. Do đó ta nên xử lý trong môi trường NaOH với nồng độ như trên. Ở công đoạn này với quy trình sản xuất gelatin từ da cá basa thì nồng độ tối ưu là 0.16M, thời gian 30 phút sẽ cho độ nhớt lớn nhất. Cá Basa là loại cá da trơn, cấu trúc da tương đối đồng đều và sắc tố có trong da ít. Da cá ngừ có nhiều sắc tố - 42 - hơn, cấu trúc của phần da lưng và da bụng cũng có nhiều điểm khác nhau và khác so với loại da trơn như da cá Basa nên nồng độ xử lý NaOH phải cao hơn, thời gian xử lý phải dài hơn để xử lý triệt để lipid và sắc tố trên da. 3.2.2 Công đoạn trích ly: Sau khi tiến hành thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm, ta thu được kết quả cho bảng (3.9): Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm quy hoạch của công đoạn trích ly STT U1 U2 U3 X0 X1 X2 X3 Y1(%) Y(mPa.s) 1 4 2 70 1 -1 -1 -1 28.62 835 2 5 2 70 1 1 -1 -1 29.15 1388 3 4 3 70 1 -1 1 -1 28.79 842 4 5 3 70 1 1 1 -1 29.26 1486 5 4 2 90 1 -1 -1 1 29.04 851 6 5 2 90 1 1 -1 1 16.87 846 7 4 3 90 1 -1 1 1 29.36 848 8 5 3 90 1 1 1 1 16.86 840  Về sản lượng: Tính các hệ số bj bởi công thức: N YX b i N i ji j * 1   và N Y b N i i  10 Từ số liệu ở bẳng trên, ta tính được: b0 = 25.9938,b1 = -2.9588, b2= - 0.0738, b3 = - 2.9613. Phương sai tái hiện (Sth 2) : Bảng 3.10 Kết quả về sản lượng thực hiện ở tâm phương án của công đoạn trích ly STT U1 U2 U3 0 )1( uY 0 )1( uY 0 )1( 0 )1( uu YY   20)1(0)1( uu YY  9 4.5 2.5 80 28.06 1.0447 1.0913 10 4.5 2.5 80 28.21 1.1947 1.4272 11 4.5 2.5 80 24.776 27.0153 -2.2394 5.0146     3 1 20 )1( 0 )1( u uu YY = 7.5332 - 43 - Do đó Sth 2 = 7666.3 13 7545.0 1 )( 0 3 1 20 )1( 0 )1(       N YY u uu (N0: số thí nghiệm ở tâm phương án) Kiểm bj theo tiêu chuẩn Student, bằng cách tính các hệ số tj tương ứng bởi công thức: tj = jb j S b , với 6862.0 8 3772.02  N SS thb j Trong đó: : jb S là độ lệch quân phương của hệ số thứ j. Tính toán ta có: t0 = 37.8826, t1 = - 4.312, t2 = 0.1075, t3 = - 4.3157. Tra bảng phân vị phân bố Student với p = 0.05; f = N0 – 1 = 2 (N0: số thí nghiệm ở tâm phương án). Suy ra: t0.05(2) = 4.3 Vì t2 < tp(f) nên hệ số b2 của phương trình hồi quy không có ý nghĩa. Khi đó phương trình hồi quy có dạng: 31 9613.29588.29938.25 XXY   Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher: Các số liệu dùng để tính toán phương sai dư (S2dư) được cho ở bảng 3.11 Bảng 3.11 Các số liệu dùng để tính toán S2dư (về sản lượng) của công đoạn trích ly STT 0)1( uY iY )1(  ii YY )1()1(   2)1()1( )( ii YY   1 28.62 25.9914 2.6287 6.9098 2 29.15 20.0737 9.0764 82.3801 3 28.79 25.9914 2.7988 7.8330 4 29.26 20.0737 9.1864 84.3890 5 29.04 31.9138 -2.8738 8.2584 6 16.87 25.9962 -9.1262 83.2866 7 29.36 31.9138 2.5538 6.5217 8 16.86 25.9962 9.1362 83.4692 0479.363)( 1 2 )1()1(   N i ii YY  Phương sai dư 6096.72 38 0479.363 )( 1 2 )1()1( 2         lN YY S N i ii du  - 44 - Trong đó: N: Số thí nghiệm l: Số hệ số có ý nghĩa Tiêu chuẩn Fisher: 2773.19 3772.0 591.2 2 2  th du S S F Tra bảng phân vị phân bố Fisher với p = 0.05, f1 = N – 1 = 8 – 3 = 5, f2 = N0 – 1 = 3 – 1 = 2, ta có F1-p(f1, f2) = F0.95(5.2) = 19.3. Vì F<F1-p(f1, f2) nên phương trình hồi quy về sản lượng tương thích với thực nghiệm. Như vậy từ phương trình 31 9613.29588.29938.25 XXY   , ta thấy sản lượng tách chiết không phụ thuộc vào tỷ lệ giữa nước nấu so với nguyên liệu nhưng lại tỷ lệ nghịch với nhiệt độ và thời gian trích ly. Khi nhiệt độ và thời gian trích ly càng cao thì sản lượng càng giảm. Trong đó sự ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly tới sản lượng là lớn hơn so với sự ảnh hưởng của thời gian. Theo kết quả ở bảng 3.3 thì ở nhiệt độ 900C và thời gian xử lý 4h thì sản lượng dịch nấu lớn nhất(29.36). Vì trong công đoạn trích ly, colagen sẽ thuỷ phân thành gelatin. Nhưng nếu nhiệt độ trích ly cao thì gelatin sẽ tiếp tục thuỷ phân thành gelatose và gelatone. Chính vì thế sản lượng gelatin sẽ giảm. Nếu nhiệt độ thích hợp mà thời gian kéo dài thì lượng gelatin được tạo ra triệt để hơn nên sản lượng cao hơn.  Về độ nhớt: Tính các hệ số bj bởi công thức: N YX b i N i ji j * 1   và N Y b N i i  10 ( N: số thí nghiệm) Từ số liệu ở bảng trên, ta tính được: b0 = 992, b1 = 148, b2 = 12, b3 = -145.75. - 45 - Phương sai tái hiện (Sth 2) : Bảng 3.12 Kết quả thí nghiệm ở tâm phương án: STT U1 U2 U3 0 )1( uY 0 )1( uY 0 )1( 0 )1( uu YY   20)1(0)1( uu YY  9 4.5 2.5 80 1065 63.6667 4053.444 10 4.5 2.5 80 1047 45.6667 2085.444 11 4.5 2.5 80 892 1001.333 -109.333 11953.78   67.18092 3 1 20 )1( 0 )1(  u uu YY Kết quả về sản lượng thực hiện ở tâm phương án của công đoạn trích ly: Do đó Sth 2 = 333.9046 13 67.18092 1 )( 0 3 1 20 )1( 0 )1(       N YY u uu (N0: số thí nghiệm ở tâm phương án) Kiểm bj theo tiêu chuẩn Student, bằng cách tính các hệ số tj tương ứng bởi công thức: tj = jb j S b , với 6273.33 8 333.90462  N S S thb j Trong đó: : jb S là độ lệch quân phương của hệ số thứ j. Tính toán ta có: t0 = 29.4999, t1 = 4.4012, t2 = 0.3569, t3 = - 4.3343. Tra bảng phân vị phân bố Student với p = 0.05; f = N0 – 1 = 2 (N0: số thí nghiệm ở tâm phương án). Suy ra: t0.05(2) = 4.3. Vì t2 < tp(f) nên hệ số b2 của phương trình hồi quy không có ý nghĩa. Khi đó phương trình hồi quy có dạng: 31 75.145148992 XXY   Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher: Các số liệu dùng để tính toán phương sai dư (S2dư) được cho ở bảng 3.13 - 46 - Bảng 3.13 Các số liệu dùng để tính toán S2dư (về độ nhớt) của công đoạn trích ly STT 0)1( uY iY )1(  ii YY )1()1(   2)1()1( )( ii YY   1 835 919.75 -84.75 7182.563 2 1388 1215.75 172.25 29670.06 3 842 919.75 -77.75 6045.063 4 1486 1215.75 270.25 73035.06 5 851 628.25 222.75 49617.56 6 846 924.25 -78.25 6123.063 7 848 628.25 219.75 48290.06 8 840 924.25 -84.75 7098.063 5.227061)( 1 2 )1()1(   N i ii YY  Phương sai dư 3.45412 38 5.2227061 )( 1 2 )1()1( 2       lN YY S N i ii du  Trong đó: N: Số thí nghiệm l: Số hệ số có ý nghĩa Tiêu chuẩn Fisher: 0199.5 33.9046 3.45412 2 2  th du S SF Tra bảng phân vị phân bố Fisher với p = 0.05, f1 = N – 1 = 8 – 3 = 5, f2 = N0 – 1 = 3 – 1 = 2, ta có F1-p(f1, f2) = F0.95(5.2) = 19.3. Vì F<F1-p(f1, f2) nên phương trình hồi quy về độ nhớt tương thích với thực nghiệm. Từ phương trình ( 31 75.145148992 XXY   ) ta thấy độ nhớt của dịch keo không phụ thuộc vào tỷ lệ nước nấu nhưng tỷ lệ thuận với thời gian trích ly và tỷ lệ nghịch với nhiệt độ trích ly. Do đó để dịch keo có độ nhớt lớn nhất thì ta phải giảm nhiệt độ trích ly đồng thời kéo dài thời gian trích ly. Tuy nhiên nếu trích ly ở nhiệt độ quá thấp thì sẽ không đủ nhiệt để làm colagen từ từ tan thành gelatin, mặt khác nếu như nấu trong thời gian dài thì cũng sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng của keo gelatin. Vì vậy ta nên chọn chế độ trích ly thích hợp nhằm đảm bảo chất lượng của keo là tốt nhất. - 47 - Tối ưu hoá thực nghiệm theo đường dốc nhất: Vì độ nhớt là thông số quan trọng của sản phẩm keo gelatin nên ta chọn là hàm mục tiêu cần tối ưu hoá các yếu tố ảnh hưởng nhằm đạt được độ nhớt cao và đảm bảo chất lượng của keo. Chọn bước chuyển động của một yếu tố bất kỳ j. Ở đây, ta chọn bước chuyển động của yếu tố thời gian (X1) là: 11 22 12 . .*    b b  Các kết quả thực nghiệm tối ưu hoá độ nhớt được trình bày ở bảng 3.14 Bảng 3.14 Tính toán thực nghiệm tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của công đoạn trích ly Tên U1(h) U3 (0C) Y2(mPa.s) Mức cơ sở 4.5 80 Hệ số bj 148 -145.75 Khoảng biến thiên j 1 10 Bj * j 148 -1457.5 Bước chuyển j 0.5 -4.924 Bước làm tròn 0.5 -5 Thí nghiệm 9 5 75 1576 Thí nghiệm 10 5.5 70 1378 Thí nghiệm 11 6 65 1254 Từ kết quả thí nghiệm cho thấy ở nhiệt độ 750C và thời gian 5h sẽ cho độ nhớt lớn nhất. Ở công đoạn này với quy trình sản xuất gelatin từ da cá basa thì kết quả tối ưu ở nhiệt độ 800C, thời gian 5.5h cho độ nhớt cao nhất. Trong quá trình thí nghiệm cho thấy nhiệt độ càng cao thì độ nhớt càng giảm và thời gian càng dài thì độ nhớt càng tăng. Nhưng với da cá ngừ đã được xử lý ở nồng độ NaOH cao và thời gian dài để có thể xử lý triệt để hàm lượng lipid và sắc tố có trong da, lúc này kết cấu của colagen rất lỏng lẻo. Ở nhiệt độ 800C lượng colagen thuỷ phân mạnh, một phần gelatin sẽ bị thuỷ phân tiếp thành gelatose và gelatone làm giảm độ nhớt của gealtin. Ảnh hưởng đến chất lượng của gelatin. Như vậy là có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của gelatin thành phẩm kể từ các công đoạn xử lý cho đến công đoạn trích ly. Vì thế trong mỗi công đoạn, chúng ta phải xác định được các yếu tố ảnh hưỏng đến độ nhớt của - 48 - keo để từ đó đưa ra được chế độ xử lý thích hợp để không làm ảnh hưởng đến chất lượng của keo sau này. Từ kết quả nghiên cứu như trên so sánh với kết quả của quy trình sản xuất gelatin từ da cá Basa cho thấy: Độ nhớt thấp hơn độ nhớt của gelatin từ da cá Basa Sản lượng cao hơn sản lượng của gelatin từ da cá Basa Màu và mùi khử không triệt để bằng gelatin từ da cá Basa Nguyên nhân là do da cá ngừ có nhiều sắc tố và lipid hơn ở da cá Basa nên màu của gelatin không được trắng. Ngoài ra do quy trình sản xuất gelatin từ da cá ngừ mới chỉ tối ưu được hai công đoạn xử lý NaOH và trích ly nên cần tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa các công đoạn còn lại để có chất lượng gelatin tốt nhất. 3.2.3 Đề xuất quy trình sản xuất gelatin từ da cá ngừ đại dương vây vàng Sau khi nghiên cứu và tìm các thông số tối ưu ở một số công đoạn. Em đề xuất quy trình sản xuất gelatin từ da cá ngừ đại dương như hình 3.1 Nguyên liệu: Da cá được rã đông rồi tiến hành rửa bằng nước sạch trước khi chuyển sang các công đoạn tiếp theo. Ngâm NaCl: Sau khi rửa xong thì đem da cá đi ngâm (3 lần) trong dung dịch NaCl với các thông số như sau: Nồng độ: 0.1 M Thời gian: 20 phút Tỷ lệ dung dịch NaCl so với nguyên liệu là 6 lần (600ml). Ngâm NaOH: Ngâm NaCl xong, nguyên liệu được rửa bằng nước sạch rồi đem ngâm ( 3 lần ) trong dung dịch NaOH với các thông số như sau: Nồng độ: 0.25M Thời gian: 80 phút Tỷ lệ dung dịch NaOH so với nguyên liệu là 6 lần (600ml). Ngâm acid Citric: Sau khi rửa sạch bằng nước sạch ta tiến hành ngâm (1 lần ) trong dung dịch acid citric với các thông số như sau: Nồng độ: 0.051M Thời gian: 15h - 49 - Tỷ lệ dung dịch acid citric so với nguyên liệu là 3 lần (300ml). Trích ly, lọc: Quá trình xử lý ở trên nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc trích ly gelatin. Kết thúc quá trình trích ly, ta tiến hành lọc bằng vải màn để loại bỏ bã và thu hồi dịch keo. Sấy lạnh, lạnh đông, làm khô, bao gói, bảo quản: Dịch keo thu hồi được sẽ đem đi cô đặc rồi mang đi làm lạnh đông, bao gói và bảo quản. 3 L ần 3 L ần Nguyên liệu Rửa Ngâm dung dịch NaCl Rửa Ngâm dung dịch NaOH Rửa Ngâm dung dịch acid citric Trích ly Lọc Sấy lạnh Lạnh đông Bao gói Bảo quản Bã - Nồng độ: 0.1M. - Thời gian: 20 phút. - Tỷ lệ v/w = 6:1 - Nồng độ: 0.25M. - Thời gian: 80 phút. - Tỷ lệ v/w = 6:1 - Nồng độ: 0.05M. - Thời gian: 15h . - Tỷ lệ v/w = 3:1 - Nhiệt độ: 750C. - Thời gian: 4.5h . - Tỷ lệ v/w = 2.5:1 - Nhiệt độ : 300 ÷ 350C Hình 3.1 Quy trình sản xuất gelatin từ da cá ngừ đại dương. - 50 - 3.2.4 Sản xuất thử sản phẩm và đánh giá chất lượng sản phẩm 3.2.4.1 Đánh giá chất lượng sản phẩm Sản phẩm gelatin sản xuất theo quy trình đề xuất có các chỉ tiêu chất lượng như sau:  Màu sắc : Nâu nhạt  Mùi : Hơi tanh  Trạng thái : Mềm  Độ nhớt : 800 ÷ 1000mPa.s  Độ hoà tan : Khoảng 70%  Hàm lượng nước : Khoảng 10 ÷ 12%  Hiệu suất thu hồi : Khoảng 18% 3.2.4.2 Sơ bộ hạch toán giá thành sản phẩm: Bảng định mức tiêu hao nguyên liệu chính qua các công đoạn chính STT Các công đoạn Lượng nguyên liệu, bán thành phẩm của mỗi công đoạn (g) Định mức từng công đoạn 1 Nguyên liệu 1000 1 2 Xử lý 600 1.67 3 Sản phẩm 108 5.56 Định mức tiêu hao nguyên vật liệu cho toàn quy trình là: 9.26. Như vậy để có 100g sản phẩm gelatin cần 926g da cá ban đầu. Bảng hạch toán giá thành sơ bộ của sản phẩm Các khoản mục Lượng sử dụng (g) Đơn giá (đ/ 1000g) Thành tiền (đ) Da cá ngừ 1000 5000 5000 NaCl (0.95M) 105 10 1.050 NaOH (0.25M) 150 12 1.800 Acid citric (0.051M) 6.3 10 63 Túi PE 2 50 100 Tổng : 8.013 Như vậy giá thành cho 1 túi sản phẩm 1kg khoảng 74.200 VNđ - 51 - KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN Kết luận Từ kết quả đã nghiên cứu ở trên ta rút ra kết luận như sau: Đã nghiên cứu được thành phần hóa học của da cá ngừ: Hàm lượng Protein TL khô: 50.95%; hàm lượng Lipid TL khô: 21.54%; hàm lượng ẩm: 60.80%; hàm lượng tro TL khô: 2.54%; NH3: 5.05mg/kg. Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn xử lý NaOH (3 lần) với nồng độ 0.25M, thời gian ngâm là 80 phút thì khả năng khử màu, mùi và các thành phần tạp chất khác như lipid, khoáng… gần như triệt để. Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn trích ly với thời gian 4.5h, nhiệt độ 750C. Đề xuất quy trình sản xuất gelatin từ da cá ngừ. Kết quả của quy trình sản xuất gelatin là sản xuất ra sản phẩm có màu nâu nhạt, mùi hơi tanh, khi pha thành dung dịch gelatin thì nó có độ nhớt và độ dính tương đối tốt. Hiệu suất thu hồi cao. Đề xuất ý kiến Quy trình sản xuất gelatin từ da cá ngừ mới chỉ tối ưu được hai công đoạn xử lý NaOH và trích ly nên cần nghiên cứu tối ưu hóa các công đoạn còn lại như công đoạn xử lý NaCl và công đoạn xử lý acid Citric để hoàn thiện quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng của sản phẩm. Tiếp tục nghiên cứu chế độ xử lý NaOH với nồng độ và thời gian thích hợp để khử triệt để hơn lượng lipid có trong nguyên liệu và khử mùi của nguyên liệu tốt hơn để nâng cao hiệu quả ứng dụng của sản phẩm. Hiện nay với sản lượng khai thác và xuất khẩu cá ngừ ngày càng cao nên ngành chế biến cá ngừ ngày càng phát triển và lượng phế liệu cá ngừ như da cá cũng tăng lên. Do đó cần tiếp tục thử nghiệm sản xuất gelatin với quy mô công nghiệp và tiến tới thương mại hóa sản phẩm. Để tận dụng triệt để lượng phế liệu này và đem lại lợi nhuận cao hơn. - 52 - TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Cảnh (1993), quy hoạch thực nghiệm, Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh. 2. Nguyễn Thị Trúc Đào (2003), Nghiên cứu bảo quản cá ngừ đại dương nguyên liệu trong môi trường nước biển lạnh, Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại Học Thủy Sản, Nha Trang. 3. TS. Phan Hiếu Hiển (2001), Phương pháp bố trí thí nghiệm và sử lý số liệu thống kê thực nghiệm, NXB. Nông Nghiệp. 4. Đặng Văn Giáp (1997), Phân tích dữ liệu khoa học bằng chương trình Microsoft Exel, NXB.Giáo dục. 5. Trần Thị Luyến, Đỗ Minh Phụng (1996), công nghệ chế biến một số sản phẩm dùng trong công nghiệp và dược phẩm, Tập 3, Trường Đại Học thủy Sản. 6. Trần Thị Luyến, Đỗ Minh Phụng, Nguyễn Anh Tuấn (1995), Sản xuất các chế phẩm kỹ thuật và y dược từ phế liệu thủy sản, NXB Nông nghiệp, TP . Hồ Chí Minh. 7. Đỗ Minh Phụng, Đặng Văn Hợp (197), Phân tích kiểm nghiệm sản phẩm thủy sản, trường Đại Học Thủy sản, Nha Trang. 8. KS. Đỗ Minh Phụng, KS. Đoàn Minh Sơn (1996), Nguyên liệu chế biến thủy sản, Tập 3, NXB Nông nghiệpTP.Hồ Chí Minh. 9. Trần Duy Phong (2006), Nghiên cứu hoàn thiện quy trình thu nhận gelatin từ da cá Basa, Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại Học Nha Trang, Nha Trang. 10. Vũ Trần Tùng (2005), Nghiên cứu thu nhận gelatin từ da cá Basa, đồ án tốt nghiệp, trường Đại Học Thủy Sản, Nha Trang. 11. Truy cập 15/8/ 2007 12. Truy cập 20/9/2007 www.elsevier.com/locate/foodchem. PHỤ LỤC 1 Hình 1 : Ảnh mẫu da cá ngừ Hình 2 : Da cá ngừ khi xử lý NaOH nồng độ 0.25M, thời gian 80 phút. Hình 5 : Sấy lạnh nhiệt độ t = 30 0 Hình ảnh về sản phẩm gelatin