Đồ án Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm Gelatin từ da cá ngừ

ến chất lượng của gelatin sau này theo phản ứng. Chú ý lượng arsenic trong HCl công nghiệp phải < 1/1.000.000. HCl tác dụng với chất khoáng sản sinh muối hoà tan và H3PO4 tự do. Phản ứng như sau: Nhưng Ca(H2PO4)2 có tính acid, nó có thể tác dụng với Ca3(PO4)2 tạo thành CaHPO4, không tan trong nước. Phản ứng sản sinh trong điều kiện sự tuần hoàn của acid chậm, do đó trong quá trình ngâm acid phải thường xuyên loại bỏ những muối trên bằng cách khuấy đều và thay nước nhiều lần. Trong quá trình ngâm có bọt nổi lên đó là CO2 thoát ra do phản ứng của Cacborat canxi với acid HCl. Nấu Nấu gelatin là bước làm cho colagen biến thành keo dưới tác dụng của nhiệt. Trước hết là đem nguyên liệu đã được xử lý cho vào nước đun nóng ở nhiệt độ nhất định, Colagen từ từ tách ra thành dung dịch keo. Nếu nhiệt độ nấu quá cao (như đun sôi) thì quá trình thuỷ phân gelatin sẽ diễn ra mạnh mẽ tạo thành Gelatose và Gelatone. Khi xảy ra biến đổi đó làm cho độ dính và sức đông của keo giảm xuống. Do đó nên nấu ở nhiệt độ thấp, để đảm bảo chất lượng sản Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4 Ca(PO4)2 + 4HCl = 2CaCl2 + Ca(H2PO4)2 Ca(PO4)2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2H3PO4 Ca(H2PO4) + Ca3(PO4) = 4CaHPO4 CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O - 16 - phẩm. Thời gian nấu quá dài cũng ảnh hưởng đến chất lượng keo, nếu thời gian nấu quá dài ở nhiệt độ cao không những làm cho độ dính và sức đông của keo giảm mà còn làm cho màu sắc của keo đậm lại. Vì thế nấu keo nên tiến hành nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn. Nhưng trong thực tế thì hai điều kiện này mâu thuẫn với nhau, nghĩa là nấu ở nhiệt độ cao thì thời gian nấu ngắn hơn khi nấu ở nhiệt độ thấp. Căn cứ vào kinh nghiệm, thì nhiệt độ ảnh hưởng đến phẩm 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  