Thiết kế phân xưởng sản xuất Gelatin từ da cá tra

I. Gelatin da caù [1, 4, 5, 6, 9] 1. Gelatin 1.1 Giôùi thieäu chung Gelatin laø saûn phaåm thu ñöôïc töø collagen. Saûn phaåm gelatin thöông maïi ñaàu tieân xuaát hieän ôû Haø Lan vaøo khoaûng naêm 1685, sau ñoù xuaát hieän ôû Anh vaøo khoaûng naêm 1700. Cuoái theá kyû 19, ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát gelatin xuaát hieän, laøm taêng theâm öùng duïng vaø oån ñònh tính chaát saûn phaåm. Naêm 1850, coâng nghieäp saûn xuaát gelatin xuaát hieän taïi Myõ. Nguoàn nguyeân lieäu chính luùc naøy laø da chöa thuoäc vaø xöông. Ñeán naêm 1930, ngaønh saûn xuaát naøy phaùt trieån maïnh meõ khi da heo ñöôïc xem nhö moät nguoàn nguyeân lieäu. Trong coâng nghieäp thöïc phaåm, gelatin laø moät trong nhöõng loaïi keo öa nöôùc hoaëc hôïp chaát cao phaân töû tan ñöôïc trong nöôùc coù theå söû duïng nhö taùc nhaân taïo gel, taïo ñoä ñaëc hoaëc taùc nhaân oån ñònh caáu truùc. Gelatin khaùc vôùi caùc loaïi keo khaùc ôû choã trong khi haàu heát caùc loaïi keo khaùc laø polysaccharide (nhö carrageenan, pectin, agar,…) thì gelatin laïi laø moät loaïi protein chöùa taát caû caùc acid amin thieát yeáu ngoaïi tröø tryptophane. Hieän nay, löôïng gelatin ñöôïc saûn xuaát haøng naêm treân theá giôùi öôùc tính khoaûng 2000 taán vaø löôïng gelatin söû duïng trong thöïc phaåm moãi naêm taêng khoaûng 3%, chuû yeáu trong saûn xuaát baùnh keïo vaø thöïc phaåm naêng löôïng thaáp. 1.2 Ñònh nghóa Gelatin laø polypeptit cao phaân töû thu nhaän töø collagen - thaønh phaàn protein chuû yeáu cuûa moâ lieân keát ñoäng vaät - bao goàm xöông, da vaø gaân. Teân “gelatin” ñöôïc söû duïng phoå bieán töø khoaûng naêm 1700 coù nguoàn goác töø chöõ Latin “gelatus”. Thuaät ngöõ gelatin maëc duø ñoâi khi ñöôïc duøng ñeå ñeà caäp ñeán caùc taùc nhaân taïo gel noùi chung nhöng laïi rieâng duøng ñeå noùi ñeán vaät lieäu protein taïo ra töø collagen ñaõ bò thoaùi hoaù do nhieät. 1.3 Caáu taïo Caáu truùc phaân töû gelatin goàm coù 18 amino acid khaùc nhau lieân keát vôùi nhau theo moät traät töï xaùc ñònh, tuaàn hoaøn, taïo neân chuoãi polypeptide vôùi khoaûng 1000 acid amin, hình thaønh neân caáu truùc baäc 1. Chuoãi peptide coù chieàu daøi khaùc nhau phuï thuoäc nguoàn nguyeân lieäu, chuoãi coù moät ñaàu laø nhoùm amino, moät ñaàu laø nhoùm carboxyl. Caáu truùc thöôøng gaëp cuûa gelatin laø Gly – X – Y (vôùi X chuû yeáu laø nhoùm proline coøn Y chuû yeáu laø nhoùm hydroxyproline).
Hình 1.1 Caáu truùc Gly – X – Y thöôøng gaëp cuûa gelatin. Gelatin chöùa nhieàu nhoùm glycine, proline vaø 4-hydroxyproline. Caáu truùc cô baûn cuûa chuoãi gelatin laø: – Ala – Gly – Pro – Arg – Gly – Glu – Hyp – Gly – Pro.
Hình 1.2 Caáu truùc cô baûn cuûa gelatin. Cöù 3 chuoãi polypeptide xoaén laïi theo hình xoaén oác taïo neân caáu truùc baäc 2. ÔÛ caáu truùc baäc 3, chuoãi xoaén ñoù töï xoaén quanh noù, taïo neân caáu truùc phaân töû daïng daây thöøng, goïi laø proto fibril. Trong phaân töû gelatine coù moät soá nhoùm tích ñieän: carboxyl, imidazole, amino, guanidino. Tyû leä caùc nhoùm naøy aûnh höôûng ñeán pH vaø pI cuûa gelatin. Ngoaøi ra coøn caùc nhoùm khoâng mang ñieän tích laø caùc nhoùm hydroxyl (serine, threonine, hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine) vaø caùc nhoùm peptide (-CO-NH-) quy ñònh khaû naêng taïo lieân keát hydro, quy ñònh caáu truùc phaân töû. 1.4 Thaønh phaàn Taát caû caùc acid amin coù maët trong protein ñeàu hieän dieän ôû gelatin ngoaïi tröø tryptophane vaø cystine maëc duø cuõng phaùt hieän ra veát cuûa chuùng. Baûng 1.1. Thaønh phaàn acid amin thu ñöôïc khi thuûy phaân 100g maãu gelatin. Acid amin  Khoái löôïng (gam)   Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine Phenylalanine Trytophane Serine Threonine Tyrosine Proline Hydroxyproline Methionine Cysteine Cystine Lysine Arginine Histidine Acid aspartic Acid glutamic Hydroxylysine  26 – 31 8 – 11 2,6 – 3,4 3,0 – 3,5 1,4 – 2 2 – 3 - 2,9 – 4,2 2,2 – 4,4 0,2 – 1 15 – 18 13 – 15 0,7 – 1 - veát 4 – 5 8 – 9 0,7 – 1 6 – 7 11 – 12 0,8 – 1,2  
Hình 1.3. Thaønh phaàn phaàn traêm acid amin cuûa gelatin. 1.5 Phaân loaïi Coù raát nhieàu caùch ñeå phaân loaïi gelatin tuøy thuoäc vaøo phöông phaùp saûn xuaát, nguyeân lieäu, ñaëc tính saûn phaåm… Sau ñaây laø vaøi caùch phaân loaïi cô baûn: 1.5.1 Phaân loaïi döïa theo nguoàn goác nguyeân lieäu Coù caùc loaïi nhö: Gelatin coù nguoàn goác ñoäng vaät: laø gelatin saûn xuaát töø da, xöông, gaân ñoäng vaät coù vuù. Gelatin caù: gelatin saûn xuaát töø da caùc loaïi caù nhö caù tuyeát, caù traém coû… Gelatin töø caù coù haøm löôïng proline vaø hydroxyproline thaáp neân coù nhieät ñoä taïo gel thaáp (vì soá lieân keát hidro hình thaønh thaáp).  1.5.2 Phaân loaïi döïa theo phöông phaùp saûn xuaát Coù 2 loaïi: Gelatin loaïi A: Quaù trình saûn xuaát xöû lyù baèng acid, duøng khi saûn xuaát gelatin töø da heo. Gelatin loaïi B: Quaù trình saûn xuaát xöû lyù baèng kieàm, duøng khi saûn xuaát gelatin töø da vaø xöông gia suùc. 1.5.3 Phaân loaïi döïa theo caáu truùc phaân töû Coù 3 loaïi: Gelatin thuyû phaân: laø gelatin maát khaû naêng taïo gel khi bò thuûy phaân thaønh caùc polypeptit maïch ngaén. Caùc saûn phaåm thuûy phaân naøy ñöôïc taïo ra baèng caùch söû duïng enzym thöïc hieän quaù trình thuûy phaân, sau ñoù tieät truøng, coâ ñaëc vaø cuoái cuøng laø saáy phun. Khoâng gioáng nhö caùc protein khaùc, caùc saûn phaåm thuûy phaân töø gelatin khoâng coù vò ñaéng neân coù theå söû duïng cho nhieàu saûn phaåm thöïc phaåm: chaát taïo caáu truùc cho caùc saûn phaåm söõa, chaát taïo nhuõ trong coâng ngheä cheá bieán caùc saûn phaåm töø thòt, laø nguoàn protein trong thöïc phaåm aên kieâng, chaát mang trong quaù trình taïo haït maø khoâng laøm bieán ñoåi caùc tính chaát vaät lí, hoùa hoïc cuûa haït, chaát taïo boït… Gelatin ester hoaù: gelatin ester hoaù bôûi caùc acid beùo, giuùp caûi thieän khaû naêng taïo nhuõ, môû roäng chöùc naêng sinh hoïc cuûa acid beùo (moät soá acid beùo khoâng theå boå sung tröïc tieáp vaøo thöïc phaåm do muøi vò keùm, deã bò oxy hoaù, khoâng tan trong nöôùc… Quaù trình ester hoaù gelatin giuùp boå sung acid beùo vaøo thöïc phaåm). Gelatin tan trong nöôùc laïnh (gelatin söû duïng lieàn – instant gelatins): ñaây laø loaïi gelatin khi saáy khoâng qua pha taïo gel, coù caáu truùc voâ ñònh hình, khoâng taïo tinh theå. Caáu truùc voâ ñònh hình cuûa gelatin loaïi naøy cho pheùp noù tröông nôû raát nhanh vaø raát maïnh. Maïng phaân töû ba chieàu cuûa noù lieân keát loûng leûo, söï saép xeáp cuûa caùc phaân töû laø hoaøn toaøn ngaãu nhieân, löïc lieân keát giöõa caùc phaân töû cuõng nhö löïc lieân keát noäi phaân töû raát yeáu neân nöôùc coù theå deã daøng xaâm nhaäp vaøo caáu truùc phaân töû vôùi moät löôïng lôùn nhaát coù theå vaø taïo thaønh caáu truùc töông töï gel. Loaïi gelatin naøy huùt aåm maïnh vaø khoù taïo gel khi noàng ñoä thaáp. 1.6 Tính chaát Gelatin laø chaát raén daïng mieáng, vaûy, boät hoaëc haït, khoâng muøi, khoâng vò, trong suoát, coù maøu töø vaøng nhaït ñeán maøu traéng. ÔÛ nhieät ñoä thöôøng vaø ñoä aåm thöôøng, gelatin chöùa töø 9-12% aåm vaø coù tæ troïng rieâng töø 1,3-1,4. Caùc haït gelatin raén khi ngaâm trong nöôùc seõ huùt nöôùc vaø tröông nôû. Gelatin coù theå haáp thu moät löôïng nöôùc gaáp 5-10 laàn khoái löôïng cuûa noù. Khi gia nhieät, gelatin ñaõ hydrat hoùa seõ nhanh choùng chuyeån thaønh daïng dung dòch. Gelatin tan trong caùc polyol nhö glycerin, propylen glycol, sorbitol, manitol, khoâng tan trong coàn, aceton, CCl4, benzen, ether vaø caùc dung moâi höõu cô khaùc. Caùc muoái phosphat, citrat, sulfat ôû noàng ñoä thaáp cuõng laøm gelatin trong dung dòch noàng ñoä cao keát tuûa. Gelatin laø moät thöïc phaåm, coù chöùa 9 loaïi amino acid caàn thieát cho con ngöôøi. Gelatin khoâng phaûi laø phuï gia thöïc phaåm neân khoâng coù giôùi haïn söû duïng. Baûng 1.2. Tyû leä vaø thaønh phaàn caùc acid amin trong gelatin saûn xuaát töø da vaø xöông Thaønh phaàn amino acid  Töø da (%)  Töø xöông (%)   Aspartate  5,2  5,3   Glutamate  7,1  7,3   Hydroxyproline  5,6  5,6   Serine  6,3  6,3   Glycine  35,8  35,8   Histidine  1,2  1,1   Arginine  5,3  5,4   Threonine  2,3  2,4   Alanine  10,3  10,3   Proline  9,8  9,5   Tyrosine  0,5  0,5   Valine  1,7  1,8   Methionine  1,7  1,6   Isoleucine  1,1  1,2   Leucine  2,0  2,1   Phenylalanine  1,2  1,2   Lysine  2,7  2,5   1.6.1 Ñoä nhôùt vaø khaû naêng taïo gel Ñoä nhôùt vaø khaû naêng taïo gel cuûa gelatin phuï thuoäc nhieàu vaøo nhieät ñoä. ÔÛ nhieät ñoä 350C, phaân töû gelatin rôøi raïc. Duø haøm löôïng gelatin cao chuùng vaãn khoâng lieân keát vôùi nhau, khoâng taïo gel beàn maø chæ taêng ñoä nhôùt. Khaû naêng taïo gel laø moät trong nhöõng tính chaát chöùc naêng quan troïng nhaát cuûa gelatin, laø moät trong nhöõng yeáu toá quan troïng ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng gelatin. Ñoä beàn cuûa gel khi ñoâng ñöôïc ñaëc tröng bôûi ñoä Bloom. Theo ñònh nghóa, ñoä bloom laø khoái löôïng tính baèng gam caàn thieát taùc duïng leân beà maët gel taïo bôûi oáng coù ñöôøng kính 13 mm ñeå khoái gel luùn xuoáng 4mm. Khoái gel coù haøm löôïng gelatin laø 6,67%; ñöôïc giöõ oån ñònh ôû 100C trong 16 ( 18h. Gelatin treân thò tröôøng coù ñoä Bloom trong khoaûng 50 ( 300 Bloom (gam). 1.6.2 Khoái löôïng phaân töû vaø söï phaân boá khoái löôïng phaân töû Gelatin coù bloom cao thöôøng chöùa moät tæ leä lôùn (30 – 35%) caùc phaân töû coù kích thöôùc gioáng nhau döôùi daïng caùc chuoãi (-vaø (-. Phaàn lôùn caùc gelatin cuõng chöùa caùc toå hôïp vôùi phaân töû coù khoái löôïng treân 10 trieäu vaø caùc polypeptit vôùi caùc phaân töû coù khoái löôïng ít hôn 80.000. Söï phaân boá khoái löôïng phaân töû: caùc daïng gelatin thöôøng gaëp bao goàm caùc chuoãi ( vôùi khoái löôïng phaân töû 230.000-340.000, chuoãi ( vôùi khoái löôïng phaân töû 123.000 – 230.000, chuoãi ( vôùi khoái löôïng phaân töû 80.000 – 125.000 vaø caùc chuoãi ( nhoû 10.000 – 80.000. 1.6.3 Ñieåm ñaúng ñieän Cuõng gioáng nhö caùc protein khaùc, gelatin coù theå hoaït ñoäng nhö moät acid hoaëc moät base, tuøy thuoäc vaøo pH. Trong dung dòch acid gelatin tích ñieän döông vaø trong dung dòch kieàm noù tích ñieän aâm. Ñieåm trung gian ôû ñoù söï tích ñieän baèng 0 goïi laø pI hoaëc ñieåm ñaúng ñieän. Söï thay ñoåi trong tæ leä cuûa caùc nhoùm carboxyl, amin coù lieân quan ñeán söï khaùc nhau trong ñieåm ñaúng ñieän cuûa gelatin. ÔÛû collagen, 35% nhoùm acid naèm ôû daïng amid. Do ñoù, collagen laø moät protein cô baûn coù ñieåm ñaúng ñieän laø 9,4. Trong suoát quaù trình ñieàu cheá gelatin, quaù trình xöû lí baèng acid hoaëc base seõ thuûy phaân nhoùm amid trong phaïm vi lôùn hoaëc nhoû hôn. Ñieåm ñaúng ñieän cuûa gelatin coù theå thay ñoåi töø 9,4 (khoâng thay ñoåi nhoùm amid) ñeán 4,8 (90 – 95% caùc nhoùm acid carboxylic töï do) Gelatin ñöôïc ñieàu cheá baèng phöông phaùp acid coù ñieåm ñaúng ñieän cao vì ñieàu kieän thao taùc coâng ngheä duy trì ñöôïc giaù trò gaàn vôùi ñieåm ñaúng ñieän cuûa collagen. Gelatin ñöôïc ñieàu cheá baèng phöông phaùp kieàm qua quaù trình xöû lí baèng kieàm daøi hôn vaø chæ coù moät phaàn nhoû caùc nhoùm amin coøn laïi neân gelatin naøy coù pH ñaúng ñieän acid vaø thöôøng naèm trong khoaûng 4,8 – 5,2. 1.6.4 Cô cheá taïo gel Gelatin tröông nôû khi ñöôïc cho vaøo nöôùc, haáp thuï moät theå tích nöôùc baèng 5-10 laàn theå tích cuûa baûn thaân noù. Khi ñöôïc gia nhieät ñeán nhieät ñoä cao hôn ñieåm tan chaûy, gelatin ñaõ tröông nôû hoøa tan vaø taïo thaønh gel khi ñöôïc laøm nguoäi. Quaù trình chuyeån ñoåi giöõa daïng dung dòch vaø daïng gel coù tính thuaän nghòch. Tính chaát naøy ñöôïc lôïi duïng trong nhieàu quaù trình cheá bieán thöïc phaåm. Ngoaøi ra, gel cuûa gelatin baét ñaàu tan chaûy ôû 27-340C vaø coù khuynh höôùng tan trong mieäng. Tính chaát naøy ñöôc öùng duïng nhieàu trong thöïc phaåm. Cô cheá cô baûn cuûa söï taïo gel laø söï thay ñoåi ngaãu nhieân cuûa daïng xoaén oác. Iminoacid cuûa caùc chuoãi polypeptit khaùc nhau taïo moät hình theå xoaén oác khi laøm nguoäi vaø caùc voøng xoaén naøy ñöôïc oån ñònh nhôø caùc caàu hydro, taïo gel ba chieàu. Söï taïo gel cuûa gelatin ñöôïc xem nhö söï taùi taïo moät phaàn collagen vaø phaàn ñaõ ñöôïc taùi taïo naøy hoaït ñoäng nhö moät ñoaïn chöùc naêng cuûa gel. 1.7 ÖÙng duïng 1.7.1 Trong coâng nghieäp thöïc phaåm Gelatin chuû yeáu ñöôïc duøng laøm phuï gia taïo gel, taïo ra daïng gel meàm deûo, trong suoát, nghòch ñaûo nhieät khi laøm nguoäi döôùi 350C. Gelatin tan trong nöôùc, taïo ra caûm giaùc saûn phaåm tan trong mieäng. Do gelatin khi tan trong mieäng taïo caûm giaùc ñaày mieäng neân ñöôïc söû duïng laøm chaát thay theá chaát beùo. Gelatin thieáu tryptophane, ít methionine, nhieàu lysine nhöng khi phoái hôïp vôùi caùc nguoàn cung caáp protein khaùc cuõng thaønh nguoàn cung caáp protein toát. Gelatin khoâng chöùa chaát beùo, ñöôøng, purine hay cholesterol, cung caáp ít naêng löôïng (3,5 kcal/g) neân ñöôïc duøng laøm thöïc phaåm cho ngöôøi aên kieâng. Trong CNSX kem: gelatin giuùp taïo caáu truùc meàm maïi cho saûn phaåm, ngaên caûn quaù trình taùch loûng khi laøm laïnh ñoâng kem. Söû duïng keát hôïp vôùi caùc chaát oån ñònh khaùc nhaèm taïo ñoä tan chaäm nhôø ñieàu chænh ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp. Gelatin coù khaû naêng ñieàu khieån quaù trình keát tinh. Neáu laïnh ñoâng nöôùc coù 0,5% gelatin, nöôùc khoâng ñoâng thaønh khoái baêng cöùng maø taïo thaønh nhieàu tinh theå nhoû. Tính chaát naøy coù öùng duïng trong khi baûo quaûn kem. Trong CNSX keïo möùt, gelatin ñöôïc söû duïng laøm chaát taïo gel, taïo xoáp, laøm chaäm quaù trình tan keïo trong mieäng vôùi tyû leä 2 – 7%. Trong CNSX röôïu, bia vaø nöôùc hoa quaû, gelatin söû duïng laøm chaát laøm trong. Gelatin coù khaû naêng haáp thuï nöôùc gaáp 5 ( 10 laàn theå tích cuûa noù neân ñöôïc söû duïng trong CNSX ñoà hoäp thòt ñeå traùnh hieän töôïng ræ nöôùc. Ñoái vôùi caùc saûn phaåm thòt coù haøm löôïng nöôùc vaø haøm löôïng chaát beùo cao raát deã xaûy ra hieän töôïng taùch nöôùc, taùch beùo aûnh höôûng ñeán caáu truùc saûn phaåm. Gelatin giuùp lieân keát nöôùc, laøm beàn heä nhuõ töông, taïo caáu truùc ñoàng nhaát. 1.7.2 Trong coâng nghieäp döôïc phaåm Gelatin laø thaønh phaàn cuûa vieân ngaäm, thuoác ñaïn, dung dòch ñaúng tröông chöùa töø 0,5-0,77% gelatin hoaëc laø thaønh phaàn cuûa moät loaïi thuoác saùt truøng ñöôïc söû duïng nhö nöôùc maét nhaân taïo. Gelatin coøn ñöôïc öùng duïng laøm vieân bao nang trong döôïc phaåm. Vieân bao nang goàm 2 loaïi: voû cöùng vaø voû meàm. Vôùi vieân bao cöùng, söû duïng gelatin coù ñoä bloom cao vaø ñoä nhôùt cuûa dung dòch giuùp ñieàu chænh ñoä daøy cuûa thaønh vieân bao. Vieân bao nang meàm söû duïng gelatin coù ñoä bloom thaáp hôn, thoâng thöôøng töø 150-200 vaø coù boå sung chaát hoùa deûo (sorbitol, propylenglycol, saccharose vaø thöôøng gaëp nhaát laø glycerine). Ngoaøi ra, trong nha khoa, gelatin coøn coù trong thaønh phaàn cuûa boït bieån söû duïng ñeå thaám vaø caàm maùu. 1.7.3 Trong coâng nghieäp nhieáp aûnh Gelatin ñöôïc söû duïng trong nhieáp aûnh vôùi 3 chöùc naêng: Taùc nhaân lieân keát. Taïo ra nhuõ töông trong ñoù gelatin huùt nöôùc, taïo thaønh dung dòch khi gia nhieät vaø chuyeån thaønh daïng gel khi laøm nguoäi, sau khi chieát heát nöôùc hình thaønh moät traïng thaùi beàn. Theå tích tröông nôû cuûa gelatin baûo ñaûm cho caùc phaûn öùng hoùa hoïc dieãn ra trong suoát quaù trình traùng phim. 1.8 Quy ñònh söû duïng Do gelatin laø moâi tröôøng lyù töôûng cho vi sinh vaät phaùt trieån neân yeâu caàu veä sinh nghieâm ngaët trong quy trình saûn xuaát ñeå traùnh vieäc laây nhieãm. Theo quy ñònh veà an toaøn thöïc phaåm, quy trình saûn xuaát gelatin duøng trong thöïc phaåm phaûi ñöôïc kieåm soaùt chaët cheõ bôûi HACCP, yeâu caàu ñoä tinh saïch cao, ñaûm baûo chaát löôïng an toaøn vaät lyù, hoaù hoïc, vi sinh. Gelatin ñöôïc duøng nhö thöïc phaåm, khoâng coù giôùi haïn söû duïng vì caùc lyù do: Nguyeân lieäu saûn xuaát gelatin coù nguoàn goác töø ñoäng vaät phaûi ñöôïc baùc syõ thuù y kieåm tra vaø ñaûm baûo. Nguoàn goác cuûa caùc nguyeân lieäu thoâ phaûi ñöôïc ñaûm baûo theo tieâu chuaån ISO 9000. Quy trình saûn xuaát gelatin phaûi ñöôïc ñaûm baûo veä sinh, ñoä tinh saïch cao. Toå chöùc söùc khoeû theá giôùi WHO keát luaän gelatin laø an toaøn cho söùc khoeû 1.9 Tieâu chuaån saûn phaåm Tieâu chuaån gelatin öùng duïng trong caùc ngaønh 1.9.1 Gelatin öùng duïng trong thöïc phaåm Baûng 1.4. Tieâu chuaån gelatin öùng duïng trong thöïc phaåm. Ñoä beàn gel (6,67%) Thoâng soá  100-120bloom  120-140bloom  150-170bloom  170-190bloom  190-210bloom  210-230bloom  240-260bloom   Ñoä nhôùt (mps/6,67%)  28-36  37-42  40-45  46-55  48-60  48-68  50-75   Ñoä nhôùt Engler (E/15%)≤  5-7,4  8-9,8  10-11,4  12-15  12-18  12-20  12-25   Ñoä trong (mm)  100  100  100  200  200  300  400   Haøm löôïng tro (%) ≤  2  2  2  2  1  1  1   AÅm (%)≤  14  14  14  14  14  14  14   pH  5-7  5-7  5-7  5-7  5-7  5-7  5-7   Haøm löôïng SO2 (mg/kg) ≤  60  60  60  60  60  50  50   As (mg/kg) ≤  1  1  1  1  1  1  1   Haøm löôïng kim loaïi naëng (mg/kg)≤  20  20  20  20  20  20  20   Toång löôïng vi khuaån (plece/g) ≤  1000  1000  1000  1000  1000  1000  1000   Colibacillus  0  0  0  0  0  0  0   Salmonella  0  0  0  0  0  0  0   1.9.2 Gelatin öùng duïng trong döôïc phaåm Baûng 1.5. Tieâu chuaån gelatin öùng duïng trong döôïc phaåm. Ñoä beàn gel (6,67%)Thoâng soá  150-170Bloom  170-190Bloom  190-210Bloom  210-230Bloom  230-250Bloom   Ñoä nhôùt (mps/6,67%) ≥  40  46  48  48  48   Ñoä nhôùt Engler (E/15%)≥  9  11  12  15  15   Ñoä trong (mm)  200  200  200  350  350   Haøm löôïng tro (%) ≤  2  2  2  2  1   AÅm (%) ≤  14  14  14  12  12   pH  5-7  5-7  5-7  5-7  5-7   Haøm löôïng SO2 (mg/kg) ≤  50  50  50  50  50   As (mg/kg) ≤  0,8  0,8  0,8  0,8  0,8   Haøm löôïng kim loaïi naëng (mg/kg)≤  10  10  10  10  10   Toång löôïng vi khuaån (plece/g) ≤  1000  1000  1000  1000  1000   Colibacillus  0  0  0  0  0   Salmonella  0  0  0  0  0   1.9.3 Gelatin öùng duïng trong coâng nghieäp Baûng 1.6. Tieâu chuaån gelatin öùng duïng trong coâng nghieäp. Ñoä beàn gel (Bloom/12,5%)Thoâng soá  240-260Bloom  260-290Bloom  290-310Bloom  310-330Bloom  340-360Bloom   Ñoä nhôùt (mps/12,5%) ≥  80  100  110  120  130   Ñoä nhôùt Engler (E/15%)≥  4  5  6  7  8   Haøm löôïng tro (%)≤  3  3  3  3  3   AÅm (%)≤  16  16  16  16  16   pH  5-7  5-7  5-7  5-7  5-7   Tieâu chuaån cuûa gelatin theo phöông phaùp trích ly Gelatin loaïi A (trích ly theo phöông phaùp acid) Baûng 1.7. Tieâu chuaån gelatin loaïi A. Tieâu chuaån  Type A   Ñoä aåm (%)  10,5 ± 1,5   Chaát beùo (%)  0   Carbohydrates (%)  0   Tro (%)  0,5 ± 0,4   Sodium (ppm)  500 ± 200   Phosphorous (ppm)  1 ± 0,8   Saét (ppm)  4 ± 2   Chì (ppm)  0,002 ± 0,002   Keõm (ppm)  1,5 ± 0,5   Nitrogen (%)  16,2 ± 0,3   Calcium (ppm)  90 ± 30   Potassium (ppm)  125 ± 50   Calories / 100 grams  360   pH  3,8 – 5,5   Ñieåm ñaúng ñieän  7,0 – 9,0   Ñoä beàn gel (Bloom)  50 - 300   Ñoä nhôùt (mps)  15 - 75   Haøm löôïng tro  0,3 – 2,0   Gelatin loaïi B (trích ly theo phöông phaùp base) Baûng 1.8. Tieâu chuaån gelatin loaïi B. Tieâu chuaån  Type B   Ñoä aåm (%)  10,5 ± 1,5   Chaát beùo (%)  0   Carbohydrates (%)  0   Tro (%)  1,5 ± 0,5   Sodium (ppm)  3600 ± 1400   Phosphorous (ppm)  ---   Saét (ppm)  15 ± 10   Chì (ppm)  0,005 ± 0,002   Keõm (ppm)  5 ± 3   Nitrogen (%)  16,2 ± 0,3   Calcium (ppm)  900 ± 100   Potassium (ppm)  330 ± 50   Calories / 100 grams  360   Tieâu chuaån  Type B   pH  5,0 – 7,5   Ñieåm ñaúng ñieän  4,7 -5,4   Ñoä beàn gel (Bloom)  50 - 300   Ñoä nhôùt (mps)  20 - 75   Haøm löôïng tro  0,5 – 2,0   2. Nguyeân lieäu da caù saûn xuaát Gelatin 2.1 Caù tra Hoï caù tra coù teân khoa hoïc laø Pangasiidae phaân boá töông ñoái roäng ôû khu vöïc Taây Nam AÙ. Caù tra ñöôïc bieát ñeán laø loaøi caù aên taïp. Trong töï nhieân, caù tra aên ñöôïc muøn baõ höõu cô, reã caây thuûy sinh, rau quaû, caùc loaøi caù taïp nhoû, toâm teùp, cua, vaø caùc loaïi coân truøng coù saün trong moâi tröôøng soáng.
Pangasius taeniurus (Caù boâng lau)  
Pangasius hypophthalmus (Caù tra) 
Pangasius bocourti (Caù ba sa) 
Pangasius macronema (Caù saùt soïc)  
Pangasius larnaudii (Caù voà ñeùm) 
Pangasius nasutus (Caù saùt baàu) 
Pangasius sutchi (Caù tra ngheä)   Hình 1.3 Hình aûnh moät soá loaøi trong gioáng caù Tra ôû Vieät Nam. ÔÛ nöôùc ta hieän nay, caù Tra ñang ñöôïc coi laø loaïi caù nuoâi coù naêng suaát cao nhaát trong ngheà nuoâi troàng thuûy saûn, naêng suaát trung bình khoaûng 30 – 45 taán/ha. 2.2 Da caù Nguyeân lieäu ñeå trích ly gelatin trong baøi nghieân cöùu naøy laø da caù. Da caù chuû yeáu thu nhaän döôùi daïng pheá phaåm trong quy trình cheá bieán fillet caù. 2.2.1 Coâng nghieäp cheá bieán caù da trôn Trong cheá bieán coâng nghieäp, caù Tra thöôøng ñöôïc cheá bieán daïng fillet ñoâng laïnh phuïc vuï chuû yeáu cho thò tröôøng xuaát khaåu. Ngoaøi saûn phaåm fillet caù ñoâng laïnh, caùc saûn phaåm khaùc cheá bieán töø caù Tra coù maët treân thò tröôøng raát ít, moät phaàn do quy trình kyõ thuaät chöa ñöôïc hoaøn thieän vaø moät phaàn khaùc laø do nhu caàu cuûa thò tröôøng. Caùc saûn phaåm môùi coù theå duøng trong cheá bieán caù Tra cuõng nhö caù Basa: Daïng moùn aên gia ñình cheá bieán saün: caù kho toä, ñoà hoäp fillet soát caø, caø chua doàn… Daïng moùn aên töï cheá bieán: fillet, caù caét khoanh, ñaàu caù, bao töû caù, chaû caù… Daïng saûn phaåm khoâ: caù nguyeân con saáy khoâ, fillet hun khoùi, chaø boâng, khoâ caù aên lieàn, caù Tra phoàng… Hình 1.3. Qui trình cheá bieán caùc saûn phaåm töø caù da trôn. Trong caùc quy trình coâng ngheä cheá bieán caù da trôn, tyû leä thòt fillet cuûa caù Basa chæ chieám 24,11%, coøn laïi 75,89% laø phuï phaåm. Töông töï vôùi caù Tra thòt fillet laø 39,31%, coøn laïi 60,69% laø phuï phaåm, trong ñoù nguyeân lieäu duøng ñeå saûn xuaát gelatin laø da caù chieám khoaûng 5 – 6%. Neáu so vôùi saûn löôïng caù haøng naêm thì soá löôïng phuï phaåm haøng naêm thaûi ra laø moät con soá voâ cuøng lôùn. Baûng 1.9. Toång saûn löôïng caù haøng naêm. Naêm  Toång saûn löôïng (taán)   2004  200.000   2005  300.000   2006  400.000   Töø baûng soá lieäu naøy cho ta thaáy saûn löôïng caù naêm 2006 taêng raát nhieàu so vôùi caùc naêm qua. Neáu nhö naêm nay hoaøn thaønh keá hoaïch ñaït toång saûn löôïng caù tra vaø basa laø 400.000 taán, thì haèng ngaøy saûn löôïng caù nguyeân cuûa caùc nhaø maùy laø treân 3000 taán, trong ñoù caù fillet chæ chieám chöa tôùi 1200 taán, coøn laïi hôn 1800 taán laø phuï phaåm vôùi saûn löôïng da caù thaûi ra chieám khoaûng 150 taán/ngaøy. Nhö vaäy vaán ñeà ñang ñaët ra hieän nay laø ta phaûi söû duïng phaàn phuï phaåm naøy sao cho coù hieäu quaû, mang laïi lôïi ích kinh teá, khoâng oâ nhieãm moâi tröôøng, taïo theâm nhieàu vieäc laøm cho ngöôøi lao ñoäng, goùp phaàn naâng cao vaø phaùt trieån ngaønh coâng nghieäp nöôùc ta, vaø thöïc hieän muïc tieâu naâng toång saûn löôïng caù tra vaø basa naêm 2010 laø 1 trieäu taán, ñaït kim ngaïch xuaát khaåu 800 trieäu USD maø Boä Thuûy Saûn ñeà ra. Hieän nay (2007) saûn löôïng hai coâng ty lôùn cuûa An Giang laø AGIFISH ñaït gaàn 300000 taán nguyeân lieäu/ngaøy, vaø Cty TNHH Nam Vieät ñaït 500 taán/ngaøy, neáu coäng theâm nhaø maùy ôû Caàn Thô laø 500 taán/ngaøy, thì ñaây laø ñieàu kieän heát söùc thuaän lôïi cho vieäc taäp trung phuï phaåm da caù ñeå saûn xuaát gelatin coâng nghieäp. 2.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa da caù Da caù laø moät trong caùc nguyeân lieäu ñöôïc duøng ñeå cheá bieán gelatin. Da caù coù theå chia laøm ba lôùp: lôùp trong, lôùp giöõa vaø lôùp ngoaøi. Lôùp trong chuû yeáu laø lipid vaø thòt vuïn coøn soùt, lôùp giöõa coù thaønh phaàn chuû yeáu laø collagen, coøn lôùp ngoaøi thì thaønh phaàn chuû yeáu laø caùc protein taïp (nhö albumin, globulin,…), saéc toá vaø chaát khoaùng. Tính chaát vaø haøm löôïng cuûa chuùng coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán qui trình saûn xuaát vaø phaåm chaát cuûa gelatin. 2.3.1 Caùc loaïi protein taïp Da caù coù thaønh phaàn chuû yeáu laø collagen, ngoaøi ra coøn coù caùc protein taïp nhö albumin, globulin, chaát beùo vaø chaát khoaùng…. Tính chaát vaø haøm löôïng cuûa chuùng coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán qui trình saûn xuaát vaø phaåm chaát cuûa gelatin. Albumin Hoøa tan trong nöôùc, trong dung dòch muoái loaõng, acid loaõng vaø kieàm loaõng, keát tuûa trong dung dòch (NH4)2SO4 baûo hoøa, khi ñun noùng deã ñoâng voùn laïi. Trong khaâu ngaâm nöôùc nguyeân lieäu, ñaïi boä phaän coù theå khöû ñi. Globultin Khoâng tan trong nöôùc maø tan trong dung dòch muoái trung tính (8% - 18% NaCl) tan trong dung dòch acid loaõng vaø kieàm loaõng. Luùc ñun noùng deã ñoâng ñaëc hôn albumin. Mucin vaø mucoid Laø moät trong nhöõng thaønh phaàn caáu taïo thaønh nieâm dòch. Chuùng ñeàu hoøa tan trong dung dòch kieàm loaõng. Giöõa hai chaát naøy raát khoù phaân bieät, noùi chung trong dung dòch loaõng, khi cho acid vaøo thì mucin keát tuûa taùch ra, coøn mucoid khoâng keát tuûa. Trong nöôùc chuùng ñeàu nôû ra vaø hoøa tan trong dung dòch muoái loaõng, nhöng khoâng tan trong muoái baõo hoøa. Keratin Laø thaønh phaàn caáu taïo chaát söøng, trong lôùp söøng cuûa ñoäng vaät chuû yeáu laø thaønh phaàn naøy. Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa keratin khoâng gioáng nhau. Trong maïch phaân töû cuûa keratin ngoaøi lieân keát muoái vaø lieân keát hydrogen ra coøn coù lieân keát disulfit. Vì söï keát hôïp giöõa maïch vaø maïch töông ñoái vöõng chaéc khieán cho keratin ñoái vôùi caùc nhaân toá ñeàu töông ñoái oån ñònh. Ñoái vôùi acid noù töông ñoái oån ñònh laø vì lieân keát disulfit cuûa noù khoâng bò acid thuûy phaân. Keratin coù theå bò phaù huûy trong moâi tröôøng kieàm taïi lieân keát disulfit cuûa noù. Elastin Trong toå chöùc moâ lieân keát cuûa nguyeân lieäu da coøn coù elastin, nhöng cho tôùi nay vieäc nghieân cöùu elastin coøn raát ít. Nhöõng tính chaát ñaõ ñöôïc xaùc ñònh laø elastin töông ñoái oån ñònh trong moâi tröôøng acid, kieàm, khoâng tan trong nöôùc. Trong quaù trình trích ly gelatin, noù coù aûnh höôûng nhaát ñònh, nhöng coù lôïi cho quaù trình. 2.3.2 Caùc thaønh phaàn khaùc Chaát beùo Söï toàn taïi cuûa chaát beùo aûnh höôûng xaáu ñeán chaát löôïng cuûa gelatin. Do ñoù trong quaù trình cheá bieán gelatin phaûi tìm caùch khöû noù ñi baèng caùch röûa saïch nhieàu laàn vôùi nöôùc aám vaø nöôùc laïnh hoaëc ngaâm voâi (moâi tröôøng kieàm). Khoaùng Chuû yeáu laø phosphate calci (Ca3(PO4)2) vaø carbonat canci (CaCO3). Söï toàn taïi cuûa chuùng laøm cho chaát löôïng cuûa gelatin giaûm xuoáng. Do ñoù tröôùc luùc trích ly phaûi khöû baèng caùch ngaâm acid (chuû yeáu laø HCl) ñeå noù phaân giaûi vaø khöû ñi. Saéc toá Caùc saéc toá (ñen, ñoû, naâu…) ít tan trong nöôùc vaø acid loaõng maø coù theå tan trong dung dòch kieàm loaõng (nhö dung dòch KOH, NaOH…). 2.4 Collagen 2.4.1 Caáu taïo Collagen caáu thaønh neân khoaûng 30% protein ngöôøi, moät tæ leä töông töï ñöôïc tìm thaáy ôû caùc loaøi ñoäng vaät khaùc. Phaân töû collagen coù caáu taïo xoaén oác baäc ba, laø söï laëp laïi cuûa chuoãi (Gly – X – Y), coù caùc thaønh phaàn sau: Glycine (Gly) chieám soá löôïng lôùn, khoaûng 33%. Proline (Pro) vaø hydroxyproline (Hyp) cuõng coù moät tæ leä khaù lôùn, khoaûng 22%. Hydroxylysine (Hyl) chieám khoaûng 1%. Ñôn vò cô baûn cuûa collagen laø tropocollagen, goàm 3 chuoãi ( lieân keát nhau taïo thaønh nhöõng sôïi nhoû.
Hình 1.4 Tropocollagen Caùc phaân töû tropocollagen seõ lieân keát ngang vôùi nhau theo kieåu coäng hoùa trò. Loaïi lieân keát naøy khoâng thoâng duïng, thöôøng chæ coù ôû collagen hay caùc chaát deûo.
Hình 1.5 Lieân keát ngang giöõa caùc phaân töû tropocollagen Nhôø caùc lieân keát ngang naøy, caùc phaân töû tropocollagen hình thaønh neân sôïi collagen. Caùc sôïi collagen raát daøi vaø maûnh, chuùng saép xeáp taïo ra maïng collagen.
Hình 1.6 Caáu taïo phaân töû collagen Söï saép xeáp khaùc nhau cuûa caùc chuoãi ( ñaõ hình thaønh neân caáu truùc xoaén baäc ba phöùc taïp khaùc nhau cuûa caùc loaïi collagen. 2.4.2 Tính chaát cuûa collagen 2.4.2.1 Taùc duïng vôùi nöôùc Collagen khoâng hoøa tan trong nöôùc maø noù huùt nöôùc ñeå nôû ra, cöù 100g Collagen khoâ coù theå huùt ñöôïc khoaûng 200g nöôùc, trong ñoù khoaûng 70g laø nöôùc lieân keát vaø 20g laø lieân keát vöõng chaéc. Collagen keát hôïp vôùi nöôùc nôû ra trong nöôùc, ñoä daøy taêng leân chöøng 25% nhöng ñoä daøi taêng leân khoâng ñaùng keå, toång theå tích cuûa phaân töû collagen taêng leân 2 – 3 laàn. Do nöôùc phaân cöïc taùc duïng leân lieân keát hydro trong lieân keát phoái trí cuûa collagen laøm giaûm tính vöõng chaéc cuûa sôïi gelatin töø 3 – 4 laàn. Khi nhieät ñoä taêng leân cao, tính hoaït ñoäng cuûa maïch polypeptide taêng maïnh, laøm cho maïch bò yeáu vaø baét ñaàu ñöùt thaønh nhöõng maïch polypeptide töông ñoái nhoû. Khi nhieät ñoä taêng leân trong khoaûng 60 – 650C collagen huùt nöôùc bò phaân giaûi. Nhieät ñoä phaân giaûi cuûa collagen trong nguyeân lieäu chöa xöû lyù töông ñoái cao. Khi nguyeân lieäu ñaõ khöû heát chaát khoaùng, thì nhieät ñoä phaân giaûi seõ giaûm xuoáng. 2.4.2.2 Taùc duïng vôùi acid vaø kieàm Collagen coù theå taùc ñoäng vôùi acid vaø kieàm, do treân maïch cuûa collagen coù goác carboxyl vaø amin. Hai goác naøy quyeát ñònh hai tính chaát cuûa noù. Trong ñieàu kieän coù acid toàn taïi, ion cuûa noù taùc duïng vôùi goác amin, ñieän tích treân carboxyl bò öùc cheá (hình thaønh acid yeáu coù ñoä ion hoùa thaáp). Traùi laïi goác amin bò ion hoùa taïo NH3+. Moâi tröôøng H+ Moâi tröôøng OH- Trong ñieàu kieän coù nöôùc, nöôùc coù theå taùc duïng vôùi nhoùm goác coù mang ñieän trong keát caáu protide vaø nhöõng ion Na+, Cl- hình thaønh taùc duïng hôïp nöôùc phuï cuûa collagen, khieán collagen trong moâi tröôøng acid, kieàm coù ñoä huùt nöôùc cao hôn trong nöôùc nguyeân chaát. Ngoaøi ra acid vaø kieàm coù theå laøm cho collagen bieán ñoåi nhö sau Caét ñöùt maïch muoái (lieân keát giöõa –NH3+…COO-) laøm ñöùt maïch peptide trong maïch chính. Laøm ñöùt lieân keát hydrogen giöõa goác –CO…NH– cuûa maïch xung quanh noù. Laøm acid amin bò phaân huûy giaûi phoùng amoniac. Cuøng vôùi nhöõng bieán ñoåi ñoù, ñieåm ñaúng ñieän cuûa collagen haï xuoáng thaáp, (vì nhöõng bieán ñoåi ñoù mang tính chaát thuûy phaân laøm cho caùc nhoùm goác coù tính hoaït ñoäng taêng leân nhieàu). Acid vaø kieàm ñeàu coù theå phaân huûy collagen, nhöng söï phaân huûy cuûa collagen cho tôùi nay vaãn chöa coù khaùi nieäm chính xaùc. Ñeå bieåu thò söï bieán ñoåi chính xaùc cuûa collagen döôùi taùc duïng cuûa acid, kieàm noùi chung ñeàu duøng ñoä keo phaân giaûi laøm chæ tieâu. Ñoä keo phaân giaûi laø chæ keo sinh thaønh saûn phaåm coù theå tan trong nöôùc (thöôøng laø trong ñieàu kieän ñun noùng), nhöõng saûn phaåm naøy döôùi noàng ñoä töông öùng tieán haønh laøm laïnh coù theå bieán thaønh keo. Theo keát quaû nghieân cöùu taùc duïng cuûa voâi ñoái vôùi collagen coù theå laøm taêng ñoä phaân giaûi cuûa noù raát maïnh, trong ñieàu kieän nhieät ñoä thöôøng thôøi gian daøi coù theå xuùc tieán söï phaân giaûi cuûa collagen (tuøy ñoä phaân giaûi cuûa noù raát thaáp) luùc nhieät ñoä taêng leân hoaëc xöû lyù baèng kieàm thì ñoä phaân giaûi taêng leân. Collagen phaân giaûi bieán thaønh gelatin, caên cöù vaøo giaû thuyeát cuûa Hofmeister phaûn öùng seõ tieán haønh nhö sau: C102H149N31O38 + H2O C102H151N31O39 (Collagen) (Gelatin) Luùc xöû lyù ôû nhieät ñoä cao trong nöôùc, keo deã tieáp tuïc thuûy phaân thaønh: C102 H151N31 O39 + 2H2O C55 H85 N17O22 + C47 H70O19 + 7N2 (Gelstose) (Gletone) Töø ñoù thaáy raèng trong quaù trình trích ly gelatin caàn thieát phaûi khoáng cheá nhieät ñoä vaø thôøi gian thích hôïp ñeå ñaûm baûo chaát löôïng cuûa gelatin. 2.4.2.3 Caùc tính chaát khaùc cuûa collagen Collagen trong dung dòch muoái trung tính cuøng vôùi goác –COOH vaø –NH2 taïo thaønh caùc hôïp chaát muoái. Taùc duïng phaân giaûi collagen cuûa NaCl so vôùi Na2SO4 maïnh hôn (ñoä ñieän ly cuûa NaCl lôùn hôn). Nhieàu thöïc nghieäm cho thaáy raèng taùc duïng cuûa trypsine ñoái vôùi collagen ñaõ xöû lyù (nhö ñun noùng, ngaâm acid, kieàm, muoái, taùc duïng cuûa pepsine, taùc duïng cô hoïc…) thì noù coù taùc duïng phaân giaûi, vôùi ñieàu kieän thích hôïp nhaát laø nhieät ñoä 370C, pH = 8,1 – 8,2. 3. Coâng ngheä saûn xuaát Gelatin Phöông phaùp saûn xuaát Gelatin thöôøng ñöôïc saûn xuaát töø nguyeân lieäu giaøu collagen ñeå giaûm chi phí nguyeân lieäu. Gelatin thöông maïi ñöôïc chia thaønh 2 nhoùm: gelatin type A thu ñöôïc baèng phöông phaùp acid vaø gelatin type B thu ñöôïc baèng phöông phaùp kieàm. Moät vaøi loaïi nguyeân lieäu nhö xöông coù theå xöû lí baèng caû hai phöông phaùp nhöng nhöõng loaïi khaùc nhö da lôïn chæ ñöôïc xöû lí baèng moät phöông phaùp. Quy trình saûn xuaát gelatin goàm 5 böôùc cô baûn: xöû lyù, trích ly, tinh saïch, coâ ñaëc vaø saáy. Hình 1.10. Qui trình saûn xuaát gelatin 3.1 Xöû lí Saûn xuaát gelatin treân qui moâ coâng nghieäp lieân quan ñeán quaù trình thuûy phaân caáu truùc toång hôïp cuûa collagen nhaèm thu ñöôïc gelatin tan. Ñieàu naøy coù theå ñöôïc tieán haønh baèng phöông phaùp acid hoaëc phöông phaùp kieàm. 3.1.1 Xöû lí baèng kieàm Xöông vaø da soáng ñöôïc ngaâm voâi trong vaøi tuaàn nhaèm loaïi boû chaát nhôøn, caùc protein yeáu vaø mucopolysaccharide vaø moät löôïng nhoû caùc thaønh phaàn höõu cô khaùc. Muïc ñích quan troïng nhaát cuûa quaù trình naøy laø phaù huûy caùc lieân keát hoùa hoïc trong collagen vaø laøm cho collagen tan ñöôïc trong nöôùc. 3.1.2 Xöû lí baèng acid Nguyeân lieäu sau khi röûa ñöôïc ngaâm trong dung dòch acid loaõng 1 – 5% (acid HCl, H2SO4, H3PO4). Quaù trình xöû lí baèng acid keát thuùc khi toaøn boä nguyeân lieäu ñeàu ñöôïc acid hoùa hoaëc ñaït ñoä tröông nôû toái ña. Löôïng acid thöøa ñöôïc loaïi ra vaø röûa nguyeân lieäu ñaõ xöû lí baèng nöôùc laïnh. 3.2 Trích ly Quaù trình chieát xuaát nguyeân lieäu ñaõ ñöôïc xöû lí baèng phöông phaùp kieàm hay acid ñeàu nhö nhau. Nguyeân lieäu ñaõ xöû lí ñöôïc ñöa vaøo caùc boàn vaø tieán haønh trích baèng nöôùc noùng 3 – 4 laàn, ôû nhieät ñoä 55 – 900C. Sau moãi laàn chieát xuaát, dung dòch ñöôïc ñem loïc nhaèm loaïi boû chaát nhôøn coøn soùt laïi. 3.3 Tinh saïch Dòch trích ly ñöôïc loïc qua giaáy loïc ñeå taùch huyeàn phuø (lipid, sôïi collagen chöa thuyû phaân …) sau ñoù qua coät trao ñoåi ion hay loïc tinh ñeå taùch muoái voâ cô vaø chænh pH veà 5 ( 5,8. 3.4 Coâ ñaëc – saáy Dung dòch sau loïc ñem coâ ñaëc chaân khoâng vôùi nhieät ñoä vöøa ñuû ñeå traùnh hieän töôïng thoaùi hoùa hoaëc thay ñoåi tính chaát vaät lí. Noàng ñoä sau coâ ñaëc ñaït töø 25-45% phuï thuoäc baûn chaát nguyeân lieäu vaø quaù trình trích ly. Dung dòch gelatin sau ñoù ñöôïc ñem laøm nguoäi vaø phaân boá thaønh lôùp. Gel gelatin ñöôïc ñöa qua thieát bò saáy lieân tuïc söû duïng khoâng khí noùng 32-600C (nhieät ñoä khoâng khí ñöôïc giöõ oån ñònh) roài taïo hình theo yeâu caàu. Ngoaøi ra coù theå taùch nöôùc baèng phöông phaùp saáy phun. Saûn phaåm thu nhaän ñem phaân tích thaønh phaàn, ñònh danh, ño ñoä nhôùt, ñoä bloom vaø kieåm tra vi sinh tröôùc khi ñöa ra thò tröôøng. 4. Caùc phöông phaùp coâng ngheä Caùc phöông phaùp trích ly gelatin 4.1 Phöông phaùp acid Trong thôøi gian gaàn ñaây, quaù trình xöû lí baèng acid ngaøy caøng trôû neân quan troïng ôû Chaâu AÂu. Quaù trình naøy thích hôïp duøng cho da heo hay ossein saïch – caùc loaïi collagen coøn treû, chöa tröôûng thaønh. Da cuûa heo con thöôøng khoaûng 9 thaùng tuoåi coù ít lieân keát ngang neân ngaâm trong dung dòch acid 18 – 24 giôø seõ taïo hieäu quaû cho quaù trình chuyeån ñoåi. Acid sulfuric vaø acid chlohydric thöôøng ñöôïc duøng, coù theå keát hôïp vôùi acid photphoric ñeå laøm chaäm quaù trình taïo maøu. Rieâng ñoái vôùi da caù nöôùc ngoït thì coù theå söû duïng nhieàu loaïi acid höõu cô nhö: acid acetic, acid citric hoaëc acid lactic…ñeå laøm tröông nôû da moät caùch coù hieäu quaû. Öu ñieåm cuûa quaù trình xöû lyù acid laø thôøi gian xöû lyù nhanh. Tieán haønh: nguyeân lieäu sau khi xöû lyù saïch baèng nöôùc laïnh vaø nöôùc aám nhieàu laàn ñöôïc ñem ngaâm vaøo dung dòch acid vôùi noàng ñoä khoâng quaù 5%. Giaù trò pH trong khoaûng 3,5 – 4,5; nhieät ñoä toái thích laø 150C. Quaù trình xöû lyù baèng acid seõ ñöôïc ngöng laïi sau khi nguyeân lieäu ñaõ ñöôïc acid hoùa hoaøn toaøn hay ñaõ tröông nôû toái ña. Sau ñoù, löôïng acid dö ñöôïc thaùo boû, röûa nguyeân lieäu laïi baèng nöôùc laïnh vaø trích ly gelatin baèng nöôùc aám ôû khoaûng nhieät ñoä 450 – 500C. 4.2 Phöông phaùp kieàm Quaù trình xöû lyù baèng base thöôøng duøng cho da boø, ossein. Nguyeân lieäu ñöôïc ngaâm trong dung dòch base vaøi tuaàn ôû nhieät ñoä moâi tröôøng. Voâi laø taùc nhaân phoå bieán nhaát, khaù yeáu neân khoâng laøm toån thaát nguyeân lieäu vì traùnh khoâng laøm quaù trình thuûy phaân xaûy ra quaù maõnh lieät. Tuy nhieân, phöông phaùp naøy coù nhöôïc ñieåm laø phaûn öùng xaûy ra chaäm, keùo daøi ñeán 8 tuaàn hay hôn môùi keát thuùc. Phöông phaùp kieàm neáu duøng hoãn hôïp goàm 3% voâi vôùi löôïng ít CaCl2 hay NaOH seõ cho keát quaû toát hôn. Neáu duøng NaOH thì quaù trình xöû lyù seõ keùo daøi 10 – 14 ngaøy. Quaù trình naøy giuùp laøm phaù vôõ caùc lieân keát ngang trong collagen vaø hình thaønh neân collagen tan ñöôïc trong nöôùc, ñoàng thôøi loaïi boû taïp chaát. 4.3 Phöông phaùp aùp suaát cao Da caù sau khi raõ ñoâng ñöôïc xöû lyù röûa saïch baèng nöôùc laïnh vaø nöôùc aám nhieàu laàn. Tieáp theo tieán haønh ngaâm da saïch vôùi acid acetic 50mM. Sau ñoù trích ly baèng nöôùc ôû 450C. AÙp suaát cao seõ ñöôïc keát hôïp vôùi khaâu xöû lyù da baèng acid (ñeå laøm maát tính baát oån ñònh cuûa nhöõng lieân keát ngang khoâng beàn cuûa collagen laøm da tröông nôû) hoaëc khaâu trích ly (ñeå thuùc ñaåy söï thuûy phaân cuûa collagen). Caùc khoaûng aùp suaát söû duïng vaø thôøi gian xöû lyù ñaõ ñöôïc tieán haønh nghieân cöùu keát quaû cho thaáy thaáy khi söû phöông phaùp aùp suaát trong giai ñoaïn xöû lyù ngaâm da vôùi acid acetic 50mM ôû 100C taïi aùp suaát 250MPa trong 10 phuùt laø cho hieäu suaát trích ly cao nhaát. Söû duïng aùp suaát cao coù öu ñieåm laø ruùt ngaén ñöôïc möùc ñoä, thôøi gian xöû lyù hay trích ly, ñoàng thôøi caûi thieän chaát löôïng cuûa gelatin (theå hieän roõ trong vieäc thay ñoåi khoái löôïng phaân töû cuûa gelatin vaø do ñoù tính nhôùt bò aûnh höôûng). 5. Coâng ngheä saûn xuaát Gelatin da caù Qua tham khaûo moät soá taøi lieäu, böôùc ñaàu choïn qui trình coâng ngheä toång quaùt nhö sau: II Thieát keá phaân xöôûng saûn xuaát Gelatine da caù [2, 3, 7, 8, 9] Choïn quy trình coâng ngheä Thuyeát minh quy trình coâng ngheä
Khöû beùo + Muïc ñích - Laøm giaûm haøm löôïng beùo trong nguyeân lieäu da caù nhaèm chuaån bò cho quaù trình trích ly. - Loaïi boû chaát nhôøn, caùc loaïi protein yeáu, mucopolysaccharride vaø moät löôïng nhoû thaønh phaàn höõu cô khaùc. - Taêng hieäu suaát trích ly. + Phöông phaùp thöïc hieän Cho 3% dung dòch NaOH vôùi noàng ñoä 1N so vôùi khoái löôïng nguyeân lieäu. Hoãn hôïp ñöôïc khuaáy ñaûo nheï, duy trì ôû nhieät ñoä phoøng trong thôøi gian töø 2 ñeán 6 giôø. + Caùc bieán ñoåi: - Vaät lyù: ñoä aám cuûa nguyeân lieäu taêng leân. - Hoaù hoïc: phaù huyû lieân keát hoaù hoïc trong collagen vaø laøm cho collagen tan ñöôïc trong nöôùc. + Thieát bò: boàn chöùa coù caùnh khuaáy. Röûa + Muïc ñích -Loaïi boû xaø phoøng ôû giai ñoaïn khöû beùo vaø moät soá taïp chaát laãn trong nguyeân lieäu. + Caùc bieán ñoåi - Protein tröông nôû. + Phöông phaùp thöïc hieän -Röûa baèng hôi nöôùc vaø nöôùc noùng ñöôïc ñun soâi. + Thieát bò: thieát bò röûa xoái. Tröông nôû + Muïc ñích - Khöû thaønh phaàn koaùng, keát tuûa mucin, ... chuaån bò cho quaù trình trích ly. + Caùc bieán ñoåi - Vaät lyù: Da tröông nôû toái ña. - Hoaù hoïc: Nguyeân lieäu bò acid hoaù. - Hoaù lyù: Ñoä aåm cuûa nguyeân lieäu taêng leân. + Phöông phaùp Cho dung dòch HCl 0,5% vaøo boàn chöùa nguyeân lieäu vôùi 20% chaát khoâ. pH ñieàu chænh toái öu ôû pH=3 vôùi nhieät ñoä 30 ∙C trong thôøi gian 5 phuùt. + Thieát bò: boàn tröông nôû. Röûa + Muïc ñích -Loaïi boû acid dö tong quaù trình tröông nôû. + Phöông phaùp thöïc hieän - Röûa baèng nöôùc saûn xuaát. + Thieát bò: boàn röûa. Trích ly + Muïc ñích -Thu gelatin hoaø tan töø collagen cuûa nguyeân lieäu. + Caùc bieán ñoåi - Hoaù hoïc: Sôïi collagen seõ co ruùt laïi trong nöôùc noùng vaø haàu nhö bieán ñoåi khoâng thuaän nghòch thaønh Gelatin coù khaû naêng hoaø tan. + Phöông phaùp Tieán haønh trích ly 4 laàn ôû pH=4 nhö sau: Soá laàn trích ly  Nhieät ñoä trích ly ( ∙C)  Thôøi gian (h)  Tæ leä nöôùc:nguyeân lieäu   1  45  3  1,6   2  50  2  2,0   3  55  2  1,2   4  60  2  1,2   Laéng + Muïc ñích Gaïn boû nhöõng caën coù khoái löôïng lôùn: xaùc da caù, saïn,.... Chuaån bò cho quaù trình loïc tinh. + Caùc bieán ñoåi * Caûm quan: Maøu saéc cuûa dung dòch ñöôïc caûi thieän + Phöông phaùp Laéng troïng löïc + Thieát bò: laéng troïng löïc. Loïc thoâ + Muïc ñích Loaïi boû baõ cuûa dung dòch sau trích ly. +Phöông phaùp Duøng maøng loïc coù kích thöôùc lôùn. + Thieát bò: loïc vaûi. Decanting + Muïc ñích Loaïi boû taïp chaát coù kích thöôùc nhoû, loaïi moät phaàn chaát beùo coøn trong dung dòch. + Caùc bieán ñoåi * Caûm quan: maøu saéc cuûa dung dòch trong hôn. + Phöông phaùp: döïa vaøo thuyeát va chaïm vaø nguyeân lyù ly taâm. + Thieát bò: Decanter Trung hoaø + Muïc ñích Ñieàu chænh pH gaàn veà pH ñaúng ñieän cuûa Gelatin. Loaïi boû chaát beùo coøn soùt laïi. + Phöông phaùp Cho NaOH 1N vaøo dung dòch Gelatin. + Thieát bò: Boàn chöùa trung gian. Trao ñoåi ion + Muïc ñích -Loaïi boû hoaøn toaøn caùc muoái coøn laïi trong dung dòch. - Haáp phuï hôïp chaát tan ( maøu, muøi, vò,...) + Phöông phaùp + Thieát bò: Duøng thieát bò trao ñoåi ion. Sieâu loïc + Muïc ñích - Loaïi boû peptides maïch ngaén taïp, nöôùc vaø moät soá muoái. - Coâ ñaëc dung dòch. + Caùc bieán ñoåi - Noàng ñoâ cuûa dung dòch Gelatin taêng leân. - Vaät lyù vaø hoaù lyù * Khoái löôïng rieâng
taêng * Ñoä nhôùt
taêng + Phöông phaùp thöïc hieän vaø thieát bò - Duøng thieát bò sieâu loïc Saáy + Muïc ñích -Laøm giaûm haøm aåm taïo ñieàu kieän thuaän lôïi trong baûo quaûn vaø phaân phoái. - Hoaøn thieän saûn phaåm + Caùc bieán ñoåi - Vaät lyù: * Khoái löôïng rieâng taêng leân * Coù söï bieán ñoåi nhieät ñoä - Bieán ñoåi hoaù lyù * Khueách taùn aåm - Bieán ñoåi hoaù hoïc * Haøm aåm giaûm daàn trong quaù trình saáy - Bieán ñoåi caûm quan * Maøu saéc: cöôøng ñoä maøu taêng leân + Phöông phaùp vaø thieát bò - Saáy phun. Tính caân baèng vaät chaát Naêng suaát nguyeân lieäu:
=20 taán/ngaøy. Caùc thoâng soá cuûa nguyeân lieäu caù ban ñaàu: Wo=65,47% : ñoä aåm cuûa nguyeân lieäu. T%= 0,39% : haøm löôïng tro trong nguyeân lieäu. Pr = 22,61% : haøm löôïng protein toång trong nguyeân lieäu. Li=11,12% : haøm löôïng beùo trong nguyeân lieäu. Khoái löôïng chaát khoâ ban ñaàu

(taán) Khoái löôïng protein trong nguyeân lieäu ban ñaàu
(taán) Giai ñoaïn khöû beùo Löôïng NaOH caàn co vaøo
=
.0.03=20.0,03=0,6(taán) - Löôïng beùo coù trong nguyeân lieäu
=
.0,1112=20.0,1112=2,224(taán) Khoái löôïng nguyeân lieäu sau khi röûa beùo
Vôùi a: haøm löôïng beùo coøn laïi trong nguyeân lieäu sau khi khöû beùo(%).
(taán) Ñoä aåm cuûa nguyeân lieäu sau khi taùch beùo
=69,1% Khoái löôïng cuûa nguyeân lieäu sau taùch beùo

(taán) Giai ñoaïn tröông nôû Aåm sau khi tröông nôû:
=88%. Khoái löôïng cuûa nguyeân lieäu sau khi tröông nôû

(taán) Giai ñoaïn trích ly Löôïng nöôc caàn ñeå trích ly
=
.6=20.6=120(taán) - Hieäu suaát cuûa quaù trình trích ly laø: H=90% - Khoái löôïng protein trong dòch trích ly
(taán) Brix dòch trích ly 7,5%. Chaát khoâ dòch trích ly laø 5,9% Khoái löôïng dòch trích ly
(taán) Toån thaát trong quaù trình trích ly laø 3% Do ñoù khoái löôïng sau trích ly laø 66,897(taán) Giai ñoaïn laéng Khoái löôïng dòch sau laéng
Vôùi b: toån thaát trong quaù trình laéng vaø caën laéng(%)
(taán) Giai ñoaïn loïc - Khoái löôïng dòch trích ly sau quaù trình loïc
(taán) Decanting - Khoái löôïng dòch sau quaù trình decanting
(taán) Giai ñoaïn trao ñoåi ion - Khoái löôïng dòch trích ly coøn laïi sau quaù trình trao ñoåi ion.
(taán) Giai ñoaïn sieâu loïc - Dung dòch sau khi sieâu loïc seõ coù noàng ñoä chaát khoâ laø 40% vaø toån thaát laø 2% - Khoái löôïng dòch gelatin sau qua trình sieâu loïc
(taán) Giai ñoaïn saáy - Ñoä aåm cuûa saûn phaåm saáy
=4% - Khoái löôïng Gelatin thu ñöôïc
(taán) Toån thaát trong quaù trình saáy laø 3%
(taán) Hieäu suaát cuûa toaøn quaù trình
(%) Tính caân baèng naêng löôïng 3.1 Cấp nhiệt 3.1.1 Cấp nhiệt trong quùa trình röûa Nöôùc caàn söû duïng trong quaù trình röûa laø nöôùc ñun soâi. Löôïng nöôùc caàn ñeå gia nhieät laø O,2
/taán. Löôïng nhieät caàn cung caáp ñeå gia nhieät nöôùc töø 25
ñeán 100
q=m.c.(
= 200.4,187.(100-25)=62805 kJ Toån thaát trong quaù trình gia nhieät laø 10% Löôïng nhieät thöïc söï trong quaù trình gia nhieät: 62805/0,9=69783 kJ Löôïng nhieät caàn cung caáp cho quaù trình saûn xuaát Q=69783.20=1395660 kJ Thôøi gian gia nhieät laø 15 phuùt Coâng suaát ñieän trôû caàn söû duïng 2000kW (hieäu suaát 80%) 3.1.2 Caáp nhieät trong quaù trình trích ly Nhieät dung rieâng cuûa hoãn hôïp nguyeân lieäu Tính nhieät dung rieâng nguyeân lieäu:
Vôùi: Cbeùo = 2,09 (kJ/kgñoä) Cprotein = 1,93 (kJ/kgñoä) Cnöôùc = 4,187 (kJ/kgñoä)
CNL=3,41(kJ/kgñoä) Nhieät dung rieâng cuûa hoãn hôïp trích ly laàn 1

(kJ/kgñoä) Nhieät dung rieâng cuûa hoãn hôïp trích ly laàn 2: C2=3,928(kJ/kgñoä) Nhieät dung rieâng cuûa hoãn hôïp trích ly laàn 3: C3=3,834(kJ/kgñoä) Nhieät dung rieâng cuûa hoãn hôïp trích ly laàn 4: C4=3,834(kJ/kgñoä) Nhieät löôïng caàn cung caáp Q=23948.5.(2,6.3,888+3.3,928+2,2.3,834+2,2.3,834) Q=4641410 kJ Toån thaát trong quaù trình gia nhieät laø 10% Löôïng nhieät caàn : 5157122 kJ Coâng suaát cuûa ñieän trôû 300 kW ( hieäu suaát 80%) 3.1.3 Nhieät cung caáp cho quaù trình saáy - Thieát bò saáy phun hai doøng choïn ñöôøng kính haït laø
do ñoù toång beà maët truyeàn nhieät cho
nguyeân lieäu laø 62360
- Khoái löôïng rieâng cuûa dung dòch laø 1,225 Kg/L - Theå tích cuûa dung dòch tröôùc khi saáy laø V=7,154
- Löôïng nhieät do doøng taùc nhaân saáy cung caáp

: Heä soá caáp nhieät töø taùc nhaân saáy vaøo vaät lieäu saáy, W/
.ñoä F : beà maët vaät lieäu,
t,
: Nhieät ñoä cuûa taùc nhaân saáy, vaät lieäu, ñoä Q=62360.100.3600= 22449600 kj