Tách chiết, tinh sạch và ứng dụng collagen thủy phân từ da cá

  • 1 month ago
  • 0 lượt xem
  • 0 bình luận

  • Ít hơn 1 phút để đọc

Giới thiệu

Collagen thủy phân là hỗn hợp các peptide có phân tử lượng nhỏ hơn 20 kDa được thủy phân từ collagen hoặc gelatin bằng enzyme. Nó có những tính chất và hoạt tính sinh học như khả năng chống oxi hóa, chống đông, kháng khuẩn, ngăn chặn tia cực tím và là chất kích thích cho các hormone làm lành bệnh viêm khớp,... mà collagen và gelatin không có được. Vì vậy, collagen thủy phân được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Quy trình sản xuất collagen thủy phân từ da cá bắt đầu từ công đoạn loại bỏ thành phần phi collagen, sau đó thủy phân collagen bằng enzyme, và cuối cùng là tinh sạch và phân đoạn collagen thủy phân. Dung dịch NaOH thường được dùng để loại bỏ phần phi collagen trong da cá. Tùy theo thành phần hóa học của da cá mà nồng độ NaOH dao động từ 0,05 M đến 0,1 M, tỷ lệ khối lượng da cá so với dung dịch NaOH khoảng 1:10 (w/v) và thời gian ngâm từ 6-24 giờ. Hiện nay có nhiều nghiên cứu sử dụng enzyme protease để thủy phân collagen. Tùy thuộc vào loại enzyme và nguồn thu nhận enzyme mà sản phẩm có mức độ thủy phân (degree of hydrolysis: DH) khác nhau. Mỗi loại enzyme cần được tiến hành tại các điều kiện tối ưu như pH, tỷ lệ enzyme/cơ chất (E/S), nhiệt độ thủy phân, thời gian thủy phân để đạt được DH cực đại và các peptide thu được có khối lượng phân tử mong muốn. Màng siêu lọc hoặc sắc ký lọc gel thường được sử dụng để tách các phân đoạn collagen thủy phân một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Thông tin tài liệu

Loại file: PDF , dung lượng : 0.33 M, số trang : 9

Xem mẫu

Chi tiết

  1. 114 Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh Extraction, purification and application of hydrolysed collagen from fish skin Binh C. Nguyen1∗ , & Hong X. M. Nguyen2 1 Faculty of Fisheries, Ho Chi Minh City University of Food Industry, Ho Chi Minh City, Vietnam 2 Faculty of Food Science and Technology, Nong Lam University, Ho Chi Minh City, Vietnam ARTICLE INFO ABSTRACT Review Paper Collagen hydrolysate is a mixture of peptides which have molecular weight less than 20 kDa and are obtained from enzymatic hydrolysis of collagen or Received: December 28, 2017 gelatin. It has extraordinary properties and bioactivities compared to col- Revised: March 03, 2018 lagen and gelatin, such as antioxidant, anti-freezing, anti-microbial, ultra- Accepted: June 06, 2018 violet ray prevention, and stimulator for the healing hormones of arthritis. Thus, collagen hydrolysate is widely used in functional foods, cosmetics and pharmaceuticals. The procedure to produce hydrolysate collagen from Keywords fish skin begins with the process of removing non-collagen substances, then enzymatic hydrolysis, and finally purification and fragmenation of collagen hydrolysate. The removal of non-collagen agents usually employs sodium Application hydroxide. Depending on the chemical composition of the fish skin, sodium Collagen hydrolysate hydroxide concentrations ranges from 0.05 M to 0.1 M, the ratio of fish skin Extraction weight to sodium hydroxide solution is 1:10 (w/v) and soaking time is from Purification 6 to 24 hours. Currently, many studies use protease enzymes to hydrolyze Fragmentation collagen. Depending on the type and source of enzyme, the collagen hy- drolysate products have different degrees of hydrolysis (DH). Each type of enzyme needs to be performed at its optimum catalytic conditions such ∗ Corresponding author as pH, enzyme/substrate (E/S) ratio, hydrolysis temperature, hydrolysis time to achieve maximum DH and desired molecular weight of the obtained Nguyen Cong Binh peptides. For rapid and effective separation of the collagen fragments, ul- Email: binhnc@cntp.edu.vn trafiltration or gel filtration chromatography are usually used. Cited as: Nguyen, B. C., & Nguyen, H. X. M. (2018). Extraction, purification and application of hydrolysed collagen from fish skin. The Journal of Agriculture and Development 17(5), 114-122. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển 17(5) www.jad.hcmuaf.edu.vn
  2. Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh 115 Tách chiết, tinh sạch và ứng dụng collagen thủy phân từ da cá Nguyễn Công Bỉnh1∗ & Nguyễn Minh Xuân Hồng2 1 Khoa Thủy Sản, Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP. Hồ CHí Minh, TP. Hồ Chí Minh 2 Khoa Công Nghệ Thực Phẩm, Trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ CHí Minh, TP. Hồ Chí Minh THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT Bài báo tổng quan Collagen thủy phân là hỗn hợp các peptide có phân tử lượng nhỏ hơn 20 kDa được thủy phân từ collagen hoặc gelatin bằng enzyme. Nó có những Ngày nhận: 28/12/2017 tính chất và hoạt tính sinh học như khả năng chống oxi hóa, chống đông, kháng khuẩn, ngăn chặn tia cực tím và là chất kích thích cho các hormone Ngày chỉnh sửa: 03/03/2018 làm lành bệnh viêm khớp,... mà collagen và gelatin không có được. Vì Ngày chấp nhận: 16/06/2018 vậy, collagen thủy phân được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Quy trình sản xuất collagen thủy phân từ da cá bắt đầu từ công đoạn loại bỏ thành phần phi collagen, sau đó Từ khóa thủy phân collagen bằng enzyme, và cuối cùng là tinh sạch và phân đoạn collagen thủy phân. Dung dịch NaOH thường được dùng để loại bỏ phần Collagen thủy phân phi collagen trong da cá. Tùy theo thành phần hóa học của da cá mà nồng Phân đoạn độ NaOH dao động từ 0,05 M đến 0,1 M, tỷ lệ khối lượng da cá so với Tách chiết dung dịch NaOH khoảng 1:10 (w/v) và thời gian ngâm từ 6-24 giờ. Hiện Ứng dụng nay có nhiều nghiên cứu sử dụng enzyme protease để thủy phân collagen. Tùy thuộc vào loại enzyme và nguồn thu nhận enzyme mà sản phẩm có mức độ thủy phân (degree of hydrolysis: DH) khác nhau. Mỗi loại enzyme ∗ Tác giả liên hệ cần được tiến hành tại các điều kiện tối ưu như pH, tỷ lệ enzyme/cơ chất (E/S), nhiệt độ thủy phân, thời gian thủy phân để đạt được DH cực đại và các peptide thu được có khối lượng phân tử mong muốn. Màng siêu lọc Nguyễn Công Bỉnh hoặc sắc ký lọc gel thường được sử dụng để tách các phân đoạn collagen Email: binhnc@cntp.edu.vn thủy phân một cách nhanh chóng và hiệu quả. 1. Đặt Vấn Đề Collagen là một loại protein cấu trúc, chiếm khoảng 30% lượng protein trong cơ thể động vật. Nó được phân bố trong các bộ phận như da, cơ, gân, sụn, dây chằng xương và răng (Di Lullo & ctv., 2002). Có hơn 29 loại collagen đã được xác định trong các mô khác nhau; mỗi loại có trình tự amino acid và tính chất sinh lý khác nhau. Trong số 29 loại này, collagen loại I là dạng phổ biến nhất (Hulmes, 2008). Collagen là chất giàu Hình 1. Cấu trúc của collagen (Tang & ctv., 2007) hydroxyproline, gồm ba chuỗi polypeptide xoắn vào nhau có đường kính khoảng 1,5 nm và chiều dài 300 nm (Jenkins & Raines, 2002) (Hình 1). của mạch máu và da. Nó được xem như là một Cấu trúc của collagen có một mô hình lặp đi chất keo dính các bộ phận trong cơ thể con người lặp lại Gly-X-Y, trong đó X và Y có thể là bất kỳ thành một khối hoàn chỉnh; nếu không có colla- acid amin nào, nhưng chủ yếu là proline và hy- gen, cơ thể người chỉ là các phần rời rạc. Điều roxyproline (Silvipriya & ctv., 2015). Sợi collagen này chứng tỏ tầm quan trọng của collagen với sự chiếm chủ yếu trong sợi dây chằng, ảnh hưởng đến sống của con người (Zylberberg & Laurin, 2011). khả năng nén ở các khớp sụn và tính linh động Nguồn nguyên liệu truyền thống để sản xuất www.jad.hcmuaf.edu.vn Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển 17(5)
  3. 116 Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh collagen là từ da, xương, chân và sụn của động vật gen thủy phân có các hoạt tính sinh học như khả trên cạn như bò, lợn và các loại gia cầm. Trong năng chống oxi hóa, chống đông, kháng khuẩn, những năm gần đây, sự bùng nổ về các bệnh bò ngăn chặn tia cực tím, và là chất kích thích cho điên, lở mồm long móng và cúm gia cầm đã ảnh các hormone làm lành bệnh viêm khớp,... Ngoài hưởng tiêu cực đến thái độ sử dụng collagen của ra, collagen thủy phân có khả năng hòa tan tốt người tiêu dùng và các sản phẩm có nguồn gốc trong nước, kể cả nước lạnh và khả năng tiêu hóa từ collagen. Ngoài ra, một số collagen thu nhận tốt hơn collagen và gelatin. Vì vậy, collagen thủy từ lợn và một số động vật khác không được giết phân được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành mổ theo quy định của một số tôn giáo thì không công nghiệp, trong đó có thực phẩm, mỹ phẩm được sử dụng trong một số sản phẩm của Kosher và dược phẩm. (luật Do Thái liên quan đến thực phẩm) hoặc Collagen thủy phân có thể được bổ sung vào Halal (luật Hồi Giáo về thực phẩm). Trong số các thức ăn, làm thực phẩm chức năng hỗ trợ cho nguồn nguyên liệu được dùng để thay thế nguồn sức khỏe, đặc biệt là xương và da (Guillerminet & collagen truyền thống thì các phụ phẩm trong ctv., 2012; Daneault, 2014). Collagen thủy phân ngành công nghệ chế biến thủy sản như vảy, da, từ da cá hồi có hoạt tính oxi hóa mạnh nhất bong bóng, và xương là nguồn nguyên liệu rất ở phân đoạn có khối lượng phân tử nhỏ hơn 3 tốt để sản xuất collagen. Trong công nghiệp chế kDa và khả năng chống đóng băng sản phẩm biến cá, lượng phụ phẩm được thải ra chiếm 50- tốt nhất ở phân đoạn từ 3 ö 10 kDa (Wu & 70% khối lượng của nguyên liệu. Hầu hết các phụ ctv., 2018). Nhờ vào khả năng hòa tan dễ dàng phẩm này hiện đang được sử dụng vào các sản trong nước, collagen thủy phân thường được bổ phẩm có giá trị thấp hoặc phân bón. Việc sử dụng sung vào nước ép trái cây giúp tăng cường dinh hiệu quả các sản phẩm phụ này có thể sản xuất dưỡng và khả năng tiêu hóa cho người tiêu dùng ra các sản phẩm giá trị gia tăng, giảm ô nhiễm (Bilek & Bayram, 2015). Ichikawa & ctv. (2010) môi trường và thậm chí tạo ra cơ hội kinh doanh cho rằng 90% collagen thủy phân được tiêu hóa. mới (Liu & ctv., 2015). Từ máu, các peptide (có chứa hydroxyproline) Hiện nay, collagen và gelatin được sử dụng rộng được vận chuyển vào các mô đích, ví dụ da, xương rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và các và sụn, nơi mà các peptide đóng vai trò như là ngành công nghiệp khác với vai trò khác nhau các khối cấu tạo cho các tế bào địa phương và như chất nhũ hóa, chất tạo bọt, chất ổn định keo, giúp tăng cường sản xuất các sợi collagen mới chất tạo màng. Vì vậy, collagen và gelatin được (Shigemura & ctv., 2014). Collagen thủy phân sử dụng chủ yếu như một chất phụ gia. Gelatin chứa nhiều peptide, đặc biệt các peptide giàu là một polypeptide khối lượng phân tử 40 đến 90 proline, glycine, argininelysine là các peptide có kDa có nguồn gốc từ collagen. Collagen có thể tính kháng khuẩn rất tốt (AMP - antimicrobial được thủy phân bằng acid cho sản phẩm là ASC peptide) đối với cả vi khuẩn Gram dương và vi (acid-soluble collagen), hoặc bằng enzyme pepsin khuẩn Gram âm. Các peptide giàu proline có khả cho sản phẩm là PSC (Pepsinsoluble collagen) và năng kháng khuẩn mạnh mẽ đối với Micrococ- ASC, PSC được gọi là gelatin. Gelatin được chiết cus luteus (Gram dương), Vibrio harveyi (Gram xuất từ da cá chứa khoảng 19 ö 20 loại acid amin âm) và Escherichia coli (Gram âm) (Holfeld & và các acid amin như glycine, alanine, proline, và ctv, 2017; Imjongjirak & ctv., 2017). Các pep- hydroxyproline chiếm một tỉ lệ rất lớn (Tamil- tide giàu glycine có hoạt tính kháng vi khuẩn Es- mozhi & ctv., 2013; Liu & ctv., 2015; Sun & ctv., cherichia coli KCTC1923 (Gram âm) và Staphy- 2017). Tổng hàm lượng proline và hydroxyproline lococcus aureus (Gram dương) (Rahman & ctv., của ASC và PSC dao động trong khoảng từ 15% 2017). Ngoài ra, collagen thủy phân còn có khả ö 20%, thấp hơn trong collagen thủy phân từ da năng tạo bọt và tạo nhũ (Chi & ctv., 2014). lợn và da bò (21% ö 23%) (Abedin & ctv., 2014). Gelatin có khả năng hòa tan tốt hơn collagen vì 2. Tách Chiết Collagen Thủy Phân vậy gelatin được sử dụng phổ biến hơn. Khi collagen hoặc gelatin bị thủy phân bởi en- 2.1. Loại bỏ các thành phần phi collagen zyme tạo thành các peptide có khối lượng phân tử nhỏ hơn 20 kDa thì gọi là collagen thủy phân Thành phần phi collagen trong phụ phẩm cá (collagen hydrolysate: CH) (Djagny & ctv., 2001; bao gồm lipid, khoáng, sắc tố và protein không Zague, 2008; Boonmaleerat & ctv., 2017). Colla- phải là collagen. Tùy theo thành phần hóa học của từng loại nguyên liệu mà phương pháp xử lý Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển 17(5) www.jad.hcmuaf.edu.vn
  4. Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh 117 khác nhau. Dung dịch NaOH loãng hoặc kết hợp chiết các phân đoạn sẽ tạo ra các sản phẩm col- giữa NaOH và một số dung môi không phân cực lagen thủy phân khác nhau. Để thủy phân colla- như ethanol, ether, n-hexan thường được dùng để gen từ da cá hồi, Wu & ctv. (2018) đã sử dụng loại bỏ chất béo. EDTA thường được dùng để loại enzyme từ Vibrio sp. SQS2-3 với tỷ lệ E/S = bỏ chất khoáng. Việc loại bỏ này còn phụ thuộc 1:10 (v/w), pH 4, nhiệt độ thủy phân là 450 C, vào sản phẩm mà chúng ta thu nhận, chẳng hạn thời gian thủy phân là 150 phút và thu được 7 như collagen, gelatin hay collagen thủy phân. phân đoạn peptide có khối lượng phân tử nhỏ hơn Để loại bỏ thành phần phi collagen trên da cá 20 kDa. Khi thủy phân da cá bằng enzyme ser- ngừ mắt to, da cá được ngâm trong dung dịch ine collagenolytic protease từ vi khuẩn Pseudoal- NaOH 0,05 - 0,1 N với tỷ lệ da cá/ dung dịch là teromonas sp. SM9913 với hoạt độ 10434 UI/mg, 1:10 (w/v), khuấy liên tục trong 6 giờ và cứ 2 giờ pH 8, nhiệt độ 400 C, tỷ lệ E/S = 1/10 (v/w), thay dung dịch NaOH một lần, sau đó rửa bằng thời gian thủy phân 1 giờ thì thu được trên 95% nước đến pH trung tính rồi tiếp tục ngâm trong các peptide có khối lượng phân tử nhỏ hơn 3 kDa dung dịch butyric 100g/lít với tỷ lệ da cá/dung (Chen & ctv., 2017). Enzyme pepsin từ dạ dày dịch butyric là 1:10 (w/v) trong 18 giờ, cứ 6 giờ lợn với hoạt độ khoảng 250 UI/mg có khả năng thay dung dịch butyric một lần (Benjakul & ctv., thủy phân collagen từ da cá (Epinephelus mal- 2010). Đối với da của bốn loài cá olive flounder abaricus) ở pH 2,1, nhiệt độ 36,620 C, tỷ lệ E/S (Paralichthys olivaceus), black rockfish (Sebastes = 3,6%, thời gian 5,47 giờ; trong khi cũng với schlegeli ), sea bass (Lateolabrax maculatus) và giống cá này, papain từ mủ đu đủ với hoạt độ 10 red sea bream (Pagrus major ) thì thành phần UI/mg có khả năng thủy phân collagen ở pH 6,38, phi collagen được loại bỏ bằng cách ngâm vào nhiệt độ 26,220 C, tỷ lệ E/S = 4,5% và thời gian dung dịch NaOH 0,1N trong 24 giờ, khuấy liên 4,25 giờ; khối lượng phân tử của peptide thu được tục ở nhiệt độ 50 C (Cho & ctv., 2014). Thành hầu hết là nhỏ hơn 2 kDa (Hema & ctv., 2017). phần phi collagen trên da cá rô phi được loại bỏ Da cá Acipenser schrenckii đã được thủy phân bằng cách ngâm trong dung dịch NaOH 0,05 N bằng enzyme Alcalase (Sigma, USA) với tỷ lệ Al- với tỷ lệ da cá/ dung dịch NaOH là 1:10 (w/v) calase/cơ chất 1:20 (w/w) ở 500 C, pH 8 trong 3 trong 6 giờ (Thuanthong & ctv., 2016). giờ; trong khi đó flavourzyme (Sigma, USA) hoạt Đối với cá trắm cỏ, để loại bỏ protein không động tốt ở tỷ lệ flavourzyme /cơ chất 1:20 (w/w), phải collagen và sắc tố thì vảy, da, bong bóng ở 500C, pH 7 trong 3 giờ (Nikoo & ctv., 2015) và được ngâm trong 20 thể tích của NaOH 0,1M peptide thu được có phân tử lượng hầu hết ở vùng trong 36 giờ, thay dung dịch kiềm sau mỗi 12 từ 0,5 đến 2,5 kDa. Như vậy, khi thủy phân col- giờ, sau đó được rửa sạch với nước cất lạnh. Vảy lagen hoặc gelatin từ da cá bằng các loại enzyme sẽ được khử canxi với 10 thể tích của EDTA 0,5M protease trong các điều kiện thí nghiệm nêu trên trong 72 giờ, thay dung dịch sau mỗi 24 giờ. Trong đều có khả năng thu được collagen thủy phân có khi đó, da và bong bóng sẽ được cho vào 20 thể khối lượng phân tử nhỏ dưới 20 kDa và khả năng tích butyl alcohol 10% (v/w) trong 24 giờ để loại hòa tan tốt kể cả trong nước lạnh. bỏ chất béo, thay dung dịch mỗi 12 giờ, sau đó rửa sạch với nước cất lạnh (Liu & ctv., 2015). 3. Tinh Sạch Collagen Thủy Phân Từ Da Trên đây là một số phương pháp và điều kiện xử Cá lý để loại bỏ phần phi collagen trên da cá nhưng các tác giả không đưa ra tỷ lệ phần phi collagenNguyên liệu collagen trước khi thủy phân đã được xử lý để loại bỏ phần phi collagen như lipid, đã loại bỏ mà chỉ chú ý đến các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm thu được và hiệu quả thu hồi sản khoáng, protein không phải là collagen và sắc tố. Tuy nhiên một số lipid và chất khoáng ở dạng liên phẩm. Như vậy đối với mỗi loại nguyên liệu khác nhau, chúng ta cần nghiên cứu tối ưu hóa điều kết vẫn còn tồn tại và trở thành tạp chất trong kiện loại bỏ phi collagen. dịch thủy phân và cần phải được loại bỏ. Ngoài ra, dịch thủy phân chứa rất nhiều peptide có khối 2.2. Thủy phân collagen lượng phân tử khác nhau. Những peptide có phân tử lượng nằm trong một khoảng nhất định được Collagen thường được thủy phân bằng phương gọi là một phân đoạn peptide; mỗi phân đoạn có pháp sử dụng enzyme protease. Tùy thuộc vào những tính chất khác nhau nên cần phải tinh sạch loại enzyme và nguồn thu nhận enzyme mà sản và phân tách các phân đoạn đó để có những ứng phẩm có mức độ thủy phân khác nhau. Việc tách dụng cụ thể (Chi & ctv., 2014). Các phương pháp www.jad.hcmuaf.edu.vn Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển 17(5)
  5. 118 Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh như lọc, kết tủa, thẩm tích thường được dùng để khác nhau. Ngoài ra, chúng ta có thể sử dụng sắc tinh sạch và phân đoạn các peptide collagen. ký lọc gel để phân tách các phân đoạn collagen Để tinh sạch collagen thủy phân từ da cá Hồng thủy phân giúp đa dạng hóa các sản phẩm colla- (Priacanthus Tayenus và Priacanthus macracan- gen thủy phân và làm cho việc ứng dụng chúng thus) bằng enzyme pepsin, dịch thủy phân được dễ dàng và hiệu quả hơn. lọc để loại bỏ phần chất béo rồi kết tủa bằng dung Một số tiêu chuẩn chất lượng của collagen thủy dịch NaCl 2,6 M với sự có mặt của Tris (hydrox- phân từ cá của một vài hãng sản xuất đã được ymethyl) aminomethane 0,05 M (pH 7,5). Kết tủa chứng nhận bởi Kosher và Halal để ứng dụng được tách bằng cách ly tâm 20.000 vòng/phút trong thực phẩm, mỹ phẩm, đồ uống và dược trong 60 phút ở 40 C rồi hòa tan trong acid acetic phẩm được trình bày trong Bảng 1 cho thấy sản 0,5 M, thẩm tích bằng túi cellophane sau đó sấy phẩm collagen thủy phân đáp ứng được nhu cầu đông khô (Benjakul & ctv., 2010). Collagen hòa sử dụng cho hầu hết người tiêu dùng. tan được thủy phân bằng pepsin (PSC) từ da cá dưa (Holothuria parva) được tinh sạch bằng 4. Ứng Dụng Của Collagen Thủy Phân Từ phương pháp kết tủa trong dung dịch NaCl 0,8 M Da Cá và tách kết tủa bằng cách ly tâm 9.000 vòng/phút trong 30 phút, sau đó hòa tan trong acid acetic 0,5 4.1. Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm M, đem đi thẩm tích rồi sấy đông khô (Adibzadeh & ctv., 2014). Tùy thuộc vào mức độ thủy phân Tùy theo tính chất công nghệ của từng loại mà các peptide collagen thu được có khối lượng thực phẩm mà các loại collagen thủy phân khác phân tử khác nhau, do đó việc kết tủa rất phức nhau được sử dụng trong chế biến thực phẩm. tạp và việc ly tâm tách các kết tủa này cũng khác Gelatin chế biến từ da cá được sử dụng đối với nhau. Đối với các peptide có khối lượng phân tử các sản phẩm thực phẩm cần tăng khả năng tạo nhỏ hơn 10 kDa thì việc kết tủa và ly tâm rất gel, độ kết dính, tính ổn định, tạo màng, thay khó khăn, đòi hỏi các kỹ thuật hiện đại và tiên thế chất béo hoặc tạo bọt xốp như kẹo dẻo, kẹo tiến hơn như sử dụng màng siêu lọc hoặc sắc ký marshmallow (Baziwane & He, 2003). lọc gel. Collagen thủy phân khi kết hợp với chitosan để Hiện nay, do nhu cầu rất lớn về nguồn collagen tạo màng giúp khắc phục được khả năng cách ẩm thủy phân từ collagen loại I chất lượng cao sử của màng chitosan (Ocak, 2018). Trong các sản dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, dinh phẩm phó mát, người ta thêm vào một hàm lượng dưỡng, mỹ phẩm và dược phẩm nên rất cần các collagen thủy phân nhằm ngăn chặn sự mất nước. kỹ thuật tách chiết collagen nhanh, hiệu quả và Ngoài ra, trong sản phẩm bơ sữa, collagen thủy chất lượng. Dịch thủy phân collagen từ da cá thu phân đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ Tây Ban Nha (Spanish mackerel skin) đã được mịn, độ sánh cho sản phẩm. Khi bổ sung khoảng phân tách qua lọc gel trên cột Sephadex G-100 2,5% collagen thủy phân vào nước ép cam hoặc và thu được 7 phân đoạn với khối lượng phân tử táo sẽ làm tăng làm lượng protein đồng thời làm trung bình là 47,82 kDa; 28,77 kDa; 26,70 kDa; tăng giá trị cảm quan của người tiêu dùng (Bilek 21,03 kDa; 19,82 kDa; 14,39 kDa; 5,04 kDa (Chi & Bayram, 2015). Collagen thủy phân có khối & ctv., 2014). Để tách chiết các phân đoạn pep- lượng phân tử nhỏ và khả năng hòa tan tốt lại có tide trong dịch thủy phân bằng màng siêu lọc một số hoạt tính sinh học như khả năng chống ultrafilation có trọng lượng phân tử mặt cắt qua oxi hóa, chống đông (Razali & ctv., 2015; Wu & màng khác nhau cần chú ý điều kiện pH, nhiệt ctv., 2018), khả năng kháng khuẩn (Holfeld & độ, nồng độ protein, áp suất,... các điều kiện này ctv., 2017; Imjongjirak & ctv., 2017), kích thích thường được ghi trên catalog của các loại màng một số hormone làm lành các vết thương và viêm lọc để đạt được hiệu quả lọc và tránh tắt nghẽn khớp (Boonmaleerat & ctv., 2017) nên thường màng lọc (Fallis, 2013). Vì vậy việc tinh sạch và được sử dụng trong sản xuất các loại thực phẩm phân đoạn collagen thủy phân chúng ta cần xác chức năng. định trọng lượng phân tử của các phân đoạn col- lagen thủy phân có trong dịch thủy phân và mục 4.2. Ứng dụng trong mỹ phẩm đích cần thu nhận phân đoạn collagen nào trong hỗn hợp này để chọn màng siêu lọc ultrafiltration Collagen thủy phân có các hoạt tính sinh học có giá trị trọng lượng phân tử mặt cắt qua màng như khả năng chống oxi hóa, kháng khuẩn, giữ Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển 17(5) www.jad.hcmuaf.edu.vn
  6. Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh 119 Bảng 1. Một số tiêu chuẩn chất lượng của collagen thủy phân1 STT Chỉ tiêu Yêu cầu 1 Trạng thái Dạng bột màu trắng đến hơi vàng 2 Mùi Không mùi 3 Độ hòa tan > 99,9% 4 Hàm lượng protein > 90% 5 pH 5,0 - 6,5 6 Độ ẩm < 8% 7 Hàm lượng tro 2,0% Max 8 Hàm lượng asen 1 ppm Max 9 Phân tử lượng trung bình 500 đến 3.000 10 Tổng số coliforms < 1.000 CFU/gram 11 Salmonella Âm tính /25 gram 12 Escherichia coli Âm tính /10 gram 1 Nutra Food Ingredients, 2018. ẩm và ngăn tia cực tím ảnh hưởng đến da người và mỹ phẩm (Langmaier & ctv., 2008). Collagen (Bilek & Bayram, 2015), tạo ra một hệ thống bảo thủy phân được sử dụng như một hệ thống màng vệ, nâng đỡ và hỗ trợ các đặc tính cơ học của da phân hủy sinh học trong việc bào chế các loại như sức căng, độ đàn hồi, độ ẩm. Collagen thủy thuốc bao gồm thuốc tránh thai, kháng sinh, in- phân giúp duy trì độ ẩm cho tế bào, đóng vai trò sulin, hormone tăng trưởng... Collagen thủy phân quan trọng giúp cải thiện cấu trúc da, kích thíchđược sử dụng rộng rãi trong phẫu thuật thẩm mỹ, quá trình tái tạo của làn da, phục hồi tế bào da chữa lành vết thương cho các bệnh nhân bị phỏng, bị tổn thương (Inoue & ctv., 2016). Chính vì vậy tái tạo xương và nhiều mục đích khác thuộc nha mà collagen được dùng làm nguyên liệu để sản khoa, phẫu thuật, chỉnh hình. Collagen thủy phân xuất các sản phẩm như kem dưỡng da cao cấp, còn được dùng trong việc xây dựng cấu trúc da dầu gội, các sản phẩm dưỡng tóc cũng như các nhân tạo để chữa trị cho các vết bỏng nghiêm loại sữa tắm (Zague, 2008). Collagen thủy phân trọng. Đôi khi chúng được sử dụng kết hợp với trong các sản phẩm mặt nạ dưỡng da khi kết hợp silicone, glycosaminoglycan, nguyên bào sợi, các với các tinh chất trong mật ong, dầu oliu, tinh tác nhân tăng trưởng và các hợp chất khác. Col- dầu hoa hồng có tác dụng dưỡng ẩm cho da, tái lagen thủy phân cũng được bán trên thị trường tạo làn da mệt mỏi, bảo vệ da khỏi các tác nhân như một chất bổ sung để chữa bệnh loãng xương (Djagny & ctv., 2001). tia tử ngoại, khói bụi, hóa chất, giúp da được trẻ hóa, tươi tắn. Trong các sản phẩm chăm sóc tóc Ngoài ra, collagen thủy phân còn là phần nền thường có bổ sung một lượng collagen thủy phân giúp tích tụ calcium trong xương. Nếu hàm lượng có tác dụng bảo vệ cho tóc, phục hồi tóc bị hư collagen giảm đáng kể, calcium không thể tích tụ tổn do tác động của tia tử ngoại, thuốc nhuộm làm cho xương giòn và dễ gãy, sụn dễ bị hao mòn tóc, thuốc duỗi tóc. Collagen còn được sử dụng tạo nên các cơn đau ở khớp gối và hông (Elam để hỗ trợ trong trường hợp da bị tổn thương hay & ctv., 2015; Boonmaleerat & ctv., 2017). Do đó, trong giai đoạn tái tạo da sau khi điều trị nám, collagen thủy phân đã được sử dụng trong chữa mụn trứng cá, sẹo, rạn da và tiêu da thừa sau khibệnh viêm khớp đầu gối (Bello & Oesser, 2006; giảm béo (Sionkowska & ctv., 2017). McAlindon & ctv., 2011); canxi peptide collagen được dùng để điều trị bệnh loãng xương (Guo & 4.3. Trong y học và dược phẩm ctv., 2015). Trong phẫu thuật nội soi, collagen thủy phân Collagen thủy phân là một vật liệu có khả năng được ứng dụng để bôi vào các ống nội soi, có tác phân hủy sinh học, có tính tương thích sinh học dụng bôi trơn, vì thế các bác sĩ dễ dàng đưa các cũng như khả năng cầm máu nên là một loại ống này vào cơ thể bệnh nhân mà không gây đau. Sau thời gian từ 40 ö 60 phút, nó sẽ tan hủy trong vật liệu sinh học lý tưởng cho việc sản xuất các sản phẩm y học. Màng collagen thủy phân được cơ thể bệnh nhân mà không gây hại gì. Trong nha sử dụng làm bao bì cho thực phẩm, dược phẩm khoa, collagen thủy phân được chế tạo thành các www.jad.hcmuaf.edu.vn Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển 17(5)
  7. 120 Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh mảnh bọt biển (sponges), có khả năng hấp thụ cucumber Holothuria parva. Applied Biochemistry and một lượng chất lỏng gấp 50 lần khối lượng của Biotechnology 173(1), 143-154. chúng, vì thế chúng có khả năng cầm máu nhanh Baziwane, D., & He, Q. (2003). Gelatin: The paramount chóng. Collagen thủy phân cũng được sử dụng food additive. Food Reviews International 19(4), 423- trong việc tạo ra một lớp men răng nhân tạo có 435. chứa các ion calcium, phosphate, fluoride áp lên Bello, A. E., & Oesser, S. (2006). Collagen hydrolysate bề mặt răng thật, để bảo vệ răng khỏi các tác for the treatment of osteoarthritis and other joint dis- nhân gây sâu răng. orders: a review of the literature. Current Medical Re- search and Opinion 22(11), 2221-2232. 5. Kết Luận Benjakul, S., Thiansilakul, Y., Visessanguan, W., Roy- trakul, S., Kishimura, H., & Meesane, J. (2010). Ex- traction and characterisation of pepsin-solubilised col- Hiện nay lượng phụ phẩm trong ngành công lagens from the skin of bigeye snapper (Priacanthus nghệ chế biến thủy sản của nước ta rất lớn, chiếm tayenus and Priacanthus macracanthus). Journal of khoảng 50 ö 70% trong quy trình sản xuất cá the Science of Food and Agriculture 90(1), 132-138. fillet bao gồm da, xương, đầu, vây, vẩy và nội Bilek, S. E., & Bayram, S. K. (2015). Fruit juice drink tạng, nhưng chủ yếu chỉ dùng để sản xuất thức production containing hydrolyzed collagen. Journal of ăn chăn nuôi và phân bón với giá trị kinh tế thấp. Functional Food 14, 562-569. Trong khi đó, da cá là nguồn nguyên liệu để sản Boonmaleerat, K., Wanachewin, O., Phitak, T., xuất collagen thủy phân rất tốt. Việc nghiên cứu Pothacharoen, P., & Kongtawelert, P. (2017). Fish và ứng dụng các phương pháp tách chiết và tinh collagen hydrolysates modulate cartilage metabolism. chế collagen thủy phân để sản xuất ra các peptide Cell Biochemistry and Biophysics 76(1-2), 279-292. collagen với có các hoạt tính sinh học tốt nhất là Chen, X. L., Peng, M., Li, J., Tang, B. L., Shao, X., điều cần thiết để có thể tăng cường ứng dụng các Zhao, F., & Song, X. Y. (2017). Preparation and sản phẩm collagen thủy phân, đặc biệt trong các functional evaluation of collagen oligopeptide-rich hy- drolysate from fish skin with the serine collagenolytic lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Để protease from Pseudoalteromonas sp. SM9913. Scien- sản xuất collagen thủy phân, chúng ta cần thực tific Reports 7(1), 75716. hiện các công đoạn tách chiết và tinh sạch. Để Chi, C. F., Cao, Z. H., Wang, B., Hu, F. Y., Li, Z. tách chiết collagen thủy phân cần loại bỏ thành R., & Zhang, B. (2014). Antioxidant and functional phần phi collagen và thủy phân collagen bằng properties of collagen hydrolysates from Spanish mack- enzyme nhưng trong hầu hết các nghiên cứu trên erel skin as influenced by average molecular weight. Molecules 19(8), 11211-11230. chưa tối ưu điều điện xử lý phi collagen và điều kiện thủy phân. Để tinh sạch collagen thủy phân Cho, J. K., Jin, Y. G., Rha, S. J., Kim, S. J., & Hwang, J. bằng phương pháp kết tủa và ly tâm thì sẽ không H. (2014). Biochemical characteristics of four marine fish skins in Korea. Food Chemistry 159, 200-207. khả thi trong sản xuất vì để tách kết tủa thì cần ly tâm với tốc độ 15000 - 20000 vòng/phút. Tùy Daneault, A. (2014). Hydrolyzed collagen contributes to thuộc vào từng loại nguyên liệu mà chúng ta cần osteoblast differentiation in vitro and subsequent bone health in vivo. Osteoarthritis and Cartilage 22, S131. nghiên cứu tác nhân và điều kiện tối ưu để loại bỏ thành phần phi collagen. Cần nghiên cứu lựa chọn Di Lullo, G. A., Sweeney, S. M., Korkko, J., AlaKokko, enzyme và tối ưu hóa điều kiện thủy phân để thu L., & San Antonio, J. D. (2002). Mapping the ligand- binding sites and disease-associated mutations on the được phân đoạn collagen thủy phân mong muốn most abundant protein in the human, type I collagen. đồng thời lựa chọn phương pháp tinh sạch như Journal of Biological Chemistry 277(6), 4223-4231. lọc qua màng lọc ultrafiltration với khối lượng Djagny, V. B., Wang, Z., & Xu, S. (2011). Gelatin: A cắt qua màng khác nhau. valuable protein for food and pharmaceutical indus- tries: Review. Critical Reviews in Food Science and Tài Liệu Tham Khảo (References) Nutrition 41(6), 481-492. Elam, M. L., Johnson, S. A., Hooshmand, S., Feresin, R. Abedin, M. Z., Karim, A. A., Latiff, A. A., Gan, C. Y., G., Payton, M. E., Gu, J., & Arjmandi, B. H. (2015). Ghazali, F. C., Barzideh, Z., & Sarker, M. Z. I. (2014). A calcium-collagen chelate dietary supplement attenu- Biochemical and radical-scavenging properties of sea ates bone loss in postmenopausal women with osteope- cucumber (Stichopus vastus) collagen hydrolysates. nia: A randomized controlled trial. Journal of Medici- Natural Product Research 28(16), 1302-1305. nal Food 18(3), 324-31. Adibzadeh, N., Aminzadeh, S., Jamili, S., Karkhane, A. Fallis, A. (2013). Cross Flow Filtration Method Hand- A., & Farrokhi, N. (2014). Purification and character- book. Journal of Chemical Information and Modeling ization of pepsin-solubilized collagen from skin of sea 53(9), 1689-1699. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển 17(5) www.jad.hcmuaf.edu.vn
  8. Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh 121 Guillerminet, F., Fabien-Soulé, V., Even, P. C., Tomé, D., pilot randomized controlled trial. Osteoarthritis and Benhamou, C. L., Roux, C., & Blais, A. (2012). Hy- Cartilage 19(4), 399-405. drolyzed collagen improves bone status and prevents bone loss in ovariectomized C3H/HeN mice. Osteo- Nikoo, M., Benjakul, S., & Xu, X. (2015). Antiox- porosis International 23(7), 1909-1919. idant and cryoprotective effects of Amur sturgeon skin gelatin hydrolysate in unwashed fish mince. Food Guo, H., Hong, Z., & Yi, R. (2015). Core-shell collagen Chemistry 181, 295-303. peptide chelated calcium/calcium alginate nanoparti- cles from fish scales for calcium supplementation. Jour- Ocak, B. (2017). Film-forming ability of collagen hy- nal of Food Science 80(7), N1595-601. drolysate extracted from leather solid wastes with chi- tosan. Environmental Science and Pollution Research Hema, G. S., Joshy, C. G., Shyni, K., Chatterjee, N. S., International 25(5), 4643-4655. Ninan, G., & Mathew, S. (2017). Optimization of pro- cess parameters for the production of collagen pep- Rahman, M. S., Choi, Y. H., Choi, Y. S., & Yoo, J. C. tides from fish skin (Epinephelus malabaricus) using (2017). Glycin-rich antimicrobial peptide YD1 from B. response surface methodology and its characterization. amyloliquefaciens, induced morphological alteration in Journal of Food Science and Technology 54(2), 488- and showed affinity for plasmid DNA of E. coli. AMB 496. Express 7(1), 8. Holfeld, L., Hoffmann, R., & Knappe, D. (2017). Corre- Razali, A. N., Amin, A. M., & Sarbon, N. M. (2015). An- lating uptake and activity of proline-rich antimicrobial tioxidant activity and functional properties of fraction- peptides in Escherichia coli. Analytical and Bioanalyt- ated cobia skin gelatin hydrolysate at different molecu- ical Chemistry 409(23), 5581-5592. lar weight. International Food Research Journal 22(2), 651-660. Hulmes, D. J. S. (2008). Collagen diversity, synthesis and assembly. In Fratz, P. (Ed.). Collagen: Structure and Shigemura, Y., Kubomura, D., Sato, Y., & Sato, K. Mechanics. Berlin, Germany: Springer. (2014). Dose-dependent changes in the levels of free and peptide forms of hydroxyproline in human plasma Ichikawa, S., Morifuji, M., Ohara, H., Matsumoto, H., after collagen hydrolysate ingestion. Food Chemistry Takeuchi, Y., & Sato, K. (2010). Hydroxyproline- 159, 328-332. containing dipeptides and tripeptides quantified at high concentration in human blood after oral admin- Silvipriya, K. S., Krishna Kumar, K., Bhat, A. R., Di- istration of gelatin hydrolysate. International Journal nesh Kumar, B., John, A., & Lakshmanan, P. (2015). of Food Sciences and Nutrition 61(1), 52-60. Collagen: Animal sources and biomedical application. Journal of Applied Pharmaceutical Science 5(3), 123- Imjongjirak, C., Amphaiphan, P., Charoensapsri, W., & 127. Amparyup, P. (2017). Characterization and antimicro- bial evaluation of Sp PR-AMP1, a proline-rich antimi- Sionkowska, A., Skrzy´ ´ nski, S., Smiechowski, K., & crobial peptide from the mud crab Scylla paramamo- Kolodziejczak, A. (2017). The review of versatile ap- sain. Developmental & Comparative Immunology 74, plication of collagen. Polymers for Advanced Technolo- 209-216. gies 28(1), 4-9. Inoue, N., Sugihara, F., & Wang, X. (2016). Ingestion Sun, L., Hou, H., Li, B., & Zhang, Y. (2017). Title: of bioactive collagen hydrolysates enhance facial skin Characterization of acid-and pepsin-soluble collagen moisture and elasticity and reduce facial ageing signs in extracted from the skin of Nile tilapia (Oreochromis a randomised double-blind placebo-controlled clinical niloticus) Characterization of acid-and pepsin-soluble study. Journal of the Science of Food and Agriculture collagen extracted from the skin of Nile tilapia (Ore- 96(12), 4077-81. ochromis niloticus). International Journal of Biologi- cal Macromolecules 99, 8-14. Jenkins, C. L., & Raines, R. T. (2002). Insights on the conformational stability of collagen. Natural Product Tamilmozhi, S., Veeruraj, A., & Arumugam, M. (2013). Reports 19(1), 49-59. Isolation and characterization of acid and pepsin- solubilized collagen from the skin of sailfish (Istiopho- Langmaier, F., Mokrejs, P., Kolomaznik, K., & Mladek, rus platypterus). Food Research International 54(2). M. (2008). Biodegradable packing materials from hy- 1499-1505. drolysates of collagen waste proteins. Waste Manage- ment 28(3), 549-556. Tang, M., Li, T., Gandhi, N. S., Burrage, K., & Gu, Y. T. (2017). Heterogeneous nanomechanical properties Liu, D., Zhang, X., Li, T., Yang, H., Zhang, H., Re- of type I collagen in longitudinal direction. Biomechan- genstein, J. M., & Zhou, P. (2015). Extraction and ics and Modeling in Mechanobiology 16(3), 1023-1033. characterization of acid- and pepsin-soluble collagens from the scales, skins and swim-bladders of grass carp Thuanthong, M., Sirinupong, N., & Youravong, W. (Ctenopharyngodon idella). Food Bioscience 9, 68-74. (2016). Triple helical structure of acid-soluble collagen derived from Nile tilapia skin as affected by extrac- McAlindon, T. E., Nuite, M., Krishnan, N., Ruthazer, R., tion temperature. Journal of the Science of Food and Price, L. L., Burstein, D., & Flechsenhar, K. (2011). Agriculture 96(11), 3795-3800. Change in knee osteoarthritis cartilage detected by de- layed gadolinium enhanced magnetic resonance imag- ing following treatment with collagen hydrolysate: A www.jad.hcmuaf.edu.vn Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển 17(5)
  9. 122 Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh Wu, R. B., Wu, C. L., Liu, D., Yang, X. H., Huang, Zague, V. (2008). A new view concerning the effects J. F., Zhang, J., & He, H. L. (2018). Antioxidant of collagen hydrolysate intake on skin properties. and anti-freezing peptides from salmon collagen hy- Archives of Dermatological Research 300(9), 479-83. drolysate prepared by bacterial extracellular protease. Food Chemistry 248, 346-352. Zylberberg, L., & Laurin, M. (2011). Analysis of fos- sil bone organic matrix by transmission electron mi- Zague, V. (2017). Collagen peptides modulates the croscopy. Comptes Rendus - Palevol 10(5-6), 357-366. metabolism of extracellular matrix by human dermal fibroblasts derived from sun-protected and sun- exposed body sites. Cell Biology International 42(1), 95-104. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển 17(5) www.jad.hcmuaf.edu.vn

Download

capchaimage
Xem thêm
Thông tin phản hồi của bạn
Hủy bỏ