Nghiên cứu tách chiết và thủy phân collagen từ da cá tra (Pangasianodon hypophthalmus)

2,75
Lần 2: 75oC trong 90 phút 77,73 ± 3,36
Lần 3: 90oC trong 120 phút 83,85 ± 2,52
Lần 4: 100oC trong 45 phút 86,84 ± 4,47
Như vậy collagen được chiết hiệu quả từ da cá bằng nước nóng trong 4 lần với hiệu suất chiết 
đạt trên 82%.
127TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 1 - THAÙNG 7/2013
VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 2
3.2. Tối ưu hóa quy trình thủy phân bằng 
Corolase
Khảo sát pH thích hợp cho phản ứng 
thủy phân
Dịch chiết collagen đem đi thủy phân có pH 
khoảng 8,8 – 9,0 được điều chỉnh tới các giá trị 
pH khác nhau bằng dung dịch NaOH và HCl. 
Enzyme Corolase được bổ sung vào dung dịch 
với tỷ lệ 1% cơ chất nhằm khảo sát khả năng 
thủy phân của Corolase. Kết quả xác định mức 
độ thủy phân DH% ở nhiệt độ 55oC trong thời 
gian 240 phút được trình bày trong bảng 2.
Bảng 2. Kết quả thủy phân dịch chiết collagen 
tại các pH khác nhau
pH Mức độ thủy phân DH%
7,50 33,63 ± 0,30a
8,00 34,05 ± 0,73a
8,50 32,45 ± 0,47b
9,00 31,86 ± 0,38b
Chú thích: các giá trị có cùng kí tự mũ thì sự khác 
nhau giữa chúng là không có nghĩa (α = 5%).
Kết quả cho thấy đối với dung dịch collagen 
thì Corolase hoạt động hiệu quả hơn trong 
khoảng pH ≤8,0. Sự khác biệt về mức độ thủy 
phân tại pH 7,5 và 8,0 không có ý nghĩa thống 
kê nên để giảm việc phải điều chỉnh pH của dịch 
chiết quá nhiều, đề tài quyết định chọn pH của 
dịch thủy phân bằng 8,0 để thực hiện phản ứng 
thủy phân.
Chúng tôi tiến hành thí nghiệm theo phương 
pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao ba yếu tố 
nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ enzyme/cơ chất, cấu 
trúc có tâm với hàm mục tiêu là mức độ thủy 
phân.Số thí nghiệm tối ưu là N =18 thí nghiệm, 
trong đó có 4 thí nghiệm ở tâm phương án. Các 
thông số của thí nghiệm như trong bảng 3.
Bảng 3. Các thông số của thí nghiêm tối ưu hóa
-α -1 0 1 α
X
1
(0C) 46,59 50 55 60 63,41
X
2
(ح,phút) 139,08 180 240 300 340,92
X3[E/S] (%) 0,159 0,5 1 1,5 1,841
Kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 4.
Bảng 4. Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, ba yếu tố
X1 X2 X3
0C ح [E/S] Y
-1 -1 -1 50 180 0,5 21,995
1 -1 -1 60 180 0,5 24,576
-1 1 -1 50 300 0,5 27,933
1 1 -1 60 300 0,5 28,081
-1 -1 1 50 180 1,5 28,972
1 -1 1 60 180 1,5 30,593
-1 1 1 50 300 1,5 30,002
1 1 1 60 300 1,5 30,475
-1,682 0 0 46,59 240 1 27,169
1,682 0 0 63,41 240 1 29,704
0 -1,682 0 55 139,08 1 30,743
0 1,682 0 55 340,92 1 33,192
0 0 -1,682 55 240 0,159 19,090
0 0 1,682 55 240 1,841 32,981
128 TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 1 - THAÙNG 7/2013
VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 2
Theo phương pháp trực giao ba yếu tố, 
phương trình hồi quy được biểu diễn theo 
dạng sau:
Y = b
0
 + b
1
x
1
 + b
2
x
2
 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 
+ b
23
x
2
x3 + b11x1
2 + b
22
x
2
2 + b33x3
3
Giải bài toán quy hoạch thực nghiệm cho 
hàm mục tiêu bằng phần mềm Modde 5.0, ta 
nhận được các kết quả như trong bảng 5.
Bảng 5. Ảnh hưởng của các biến độc lập 
đến mức độ thủy phân
Yếu tố Hệ số Std. Err. P
Constant 33,7374 0,741296 6,00E-11
x1 0,665248 0,401751 0,136341
x2 1,0597 0,401751 2,98E-02
x3 2,98873 0,401751 7,34E-05
x1*x1 -2,01121 0,417397 0,001324
x2*x2 -0,76301 0,417397 0,104954
x3*x3 -2,85976 0,417397 0,000131
x1*x2 -0,44765 0,52494 0,418587
x1*x3 -0,0796 0,52494 0,883228
 x2*x3 -1,06623 0,52494 0,076721
Qua bảng trên, ta thấy các biến độc lập đều 
có ảnh hưởng đến mức độ thủy phân (Y), do giá 
trị P < 0,05; ngoại trừ x
1
 do có P > 0,05. Trong 
đó, thời gian thủy phân (x
2
) và tỷ lệ enzyme (x3) 
có tác động tích cực và ảnh hưởng dương đến 
mức độ thủy phân, còn x
1
2, x3
2 có ảnh hưởng 
âm đến mức độ thủy phân.Tác động kép của các 
yếu tố đều không rõ rệt vì p >0,05. 
Từ bảng số liệu trên, thu được phương trình 
hồi quy của mức độ thủy phân như sau: 
Y = 33,73 + 1,06x2 + 2,99x3 – 2,01x1
2 – 
2,86x3
2
Chuyển sang biến số thực thu được phương 
trình hồi quy theo biến số thực:
Y= -220,844 + 8,844 Z1 + 0,0176Z2 + 
5,98Z3 - 0,0804Z1
2 - 1,144Z3
2
0 0 0 55 240 1 32,562
0 0 0 55 240 1 34,507
0 0 0 55 240 1 33,555
0 0 0 55 240 1 34,192
Bảng 6. Kết quả phân tích phương sai Anova của thí nghiệm tối ưu hóa
y DF SS MS F
 (variance) 
Total 18 15926,3 884,795 
Constant 1 15624,6 15624,6 
Total Corrected 17 301,724 17,7484 
Regression 9 284,088 31,5653 14,3186
Residual 8 17,6359 2,20449 
N = 18 Q2 = 0,598 Cond. no. = 4,3489
DF = 8 R2 = 0,942 Y-miss = 0
Trong đó R2: hệ số xác định; SS: tổng bình phương (sum of squares); DF: bậc tự do (degrees 
of freedom); MS: trung bình bình phương (mean square); F: F-value. Giá trị F có độ tin cậy ở 95%. 
129TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 1 - THAÙNG 7/2013
VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 2
Dựa vào kết quả của bảng phân tích 
ANOVA, chúng tôi nhận thấy kết quả có ý nghĩa 
thống kê ở mức P<0,05 vì giá trị F từ kết quả 
quy hoạch thực nghiệm (14,319) lớn hơn nhiều 
so với giá trị f tra bảng (3,39). Hai giá trị Q2 
và R2 cho biết mức độ tin cậy của mô hình thí 
nghiệm, R2 là độ biến thiên thực, còn Q2 là độ 
biến thiên ảo. Trong đó, R2 > 0,8 và Q2 >0,5 
(Gabrielsson et al., 2002) và độ sai lệch giữa 
chúng ∈ [0,2 ; 0,3] (Eriksson et al., 2000) cho 
thấy các giá trị hồi quy là có ý nghĩa và mô hình 
là đáng tin cậy. Giá trị trong thí nghiệm này, R2 
= 0,942 và Q2 = 0,598 thỏa mãn tất cả những 
điều kiện trên, cho thấy các giá trị hồi quy có 
ý nghĩa và mô hình đáng tin cậy. Kết quả biểu 
diễn dưới dạng không gian ba chiều như sau:
Hình 2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của các yếu tố lên mức độ thủy phân trong không gian 
ba chiều.
Kết quả chiếu xuống bề mặt đáp ứng như sau:
 Hình 3. Đồ thị vòng dự đoán kết quả quy hoạch thực nghiệm
Điều kiện tối ưu cho quá trình thu nhận 
collagen được xác định bằng phần mềm Modde 
5.0. Tương tác giữa nhiệt độ, thời gian và tỉ lệ 
E/S là đường cong có cực đại. Cả ba yếu tố 
ảnh hưởng trực tiếp lên hiệu suất thủy phân. 
Tại điều kiện tối ưu thời gian thủy phân là 260 
(phút) nhiệt độ 55,5oC, tỷ lệ E/S 1,25% mức độ 
thủy phân đạt cực đại là 34,64 (%). Để kiểm 
chứng tính chính xác của giá trị nhận được từ 
phương trình hồi quy chúng tôi đã tiến hành 3 
mẫu thí nghiệm lặp lại độc lập dựa trên các giá 
trị tối ưu như đã nêu ở trên. Mức độ thủy phân 
DH% thu được là 34,20 ± 0,58 (%). Kết quả 
này gần với kết quả dự đoán từ phương trình 
hồi quy nêu trên.
Từ các khảo sát trên, chúng tôi có thể chọn 
ra thông số công nghệ cho quá trình thủy phân 
bằng Corolase 7089 như sau: nhiệt độ 55,50C 
pH: 8, thời gian: 260 phút, tỷ lệ E/S: 1,25%.
130 TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 1 - THAÙNG 7/2013
VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 2
3.3. Đánh giá kích thước phân tử của sản 
phẩm thuỷ phân
Để đánh giá hai quá trình thủy phân, dịch 
sau thuỷ phân của từng giai đoạn được lọc qua 
màng lọc cut-off 30, 10 và 3kDa (Amicon – 
Milipore) để so sánh kích thước sản phẩm thủy 
phân kết quả trình bày trong bảng 7.
Bảng 7. Kết quả đánh giá chất lượng dịch 
thủy phân bằng màng lọc cut - off
Kích thước phân tử 
(kDa)
Tỷ lệ phân đoạn 
(%)
> 30 5,17
< 30 94,83
10< x< 30 7,62
<10 87,21
3< x< 10 30,08
< 3 57,13
Kết quả cho thấy dịch thủy phân chủ 
yếu chứa các phân tử có kích thước nhỏ hơn 
10kDa với khoảng 87%. Như vậy quy trình 
thủy phân dịch chiết collagen dùng enzyme 
Corolase rất thích hợp để thu nhận sản phẩm 
collagen thủy phân.Tùy theo mục đích sử 
dụng mà tiếp tục dùng thiết bị lọc với kích 
thước màng lọc khác nhau để thu nhận colla-
gen có kích thước phù hợp.
THẢO LUẬN
Hiệu suất thu nhận collagen phụ thuộc 
vào cả quá trình tiền xử lý (xử lý kiềm, acid) 
và quá trình trích ly collagen. Trong đó pH, 
nhiệt độ và thời gian là ba yếu tố ảnh hưởng 
chính (Gomez – Guillen et al., 2001; Zhou 
và Regenstein, 2004). Những nghiên cứu thu 
nhận collagen thường dùng axit acetic để thẩm 
thấu vào lớp da cắt đứt các liên kết ngang tại 
vùng telopeptide và các liên kết giữa các phân 
tử trong cấu trúc xoắn bậc ba làm cho mạng 
collagen trong da trở nên lỏng lẻo sau đó dùng 
nước để chiết ở nhiệt độ cao để phá vỡ cấu 
trúc triple helix tạo những phân tử gelatin kích 
thước nhỏ hơn. Tuy nhiên, theo phương pháp 
này dịch chiết có pH thấp thường <4 không phù 
hợp với khâu tiếp theo khi sử dụng các endo và 
exo-protease cho mức độ thuỷ phân cao vì các 
enzyme này thường có khoảng pH hoạt động 
kiềm hoặc trung tính. Các nghiên cứu trước 
đây khẳng định tăng thời gian và nhiệt độ chiết 
sẽ tăng hiệu suất chiết collagen. Khi nhiệt độ 
chiết tăng trên 500C, các liên kết hydro trong 
chuỗi xoắn ốc bậc ba bền vững của collagen 
sẽ bị phá hủy, dẫn đến thay đổi cấu trúc xoắn 
cuộn (helix-to-coil). Điều này giúp collagen dễ 
dàng thoát ra ngoài dung dịch (Benjakul et al., 
2007). Thêm vào đó, một số liên kết peptide 
cũng bị phá hủy. Hiệu suất càng cao khi thời 
gian chiết kéo dài đủ để phá vỡ các liên kết của 
collagen. Như vậy việc chiết bằng nước nóng 
tạo sự thủy phân bằng nhiệt và hệ quả là hòa 
tan collagen.
Kết quả nghiên cứu cho thấy collagen được 
chiết từ da cá Tra bốn lần trong nước đạt hiệu 
suất trên 85%. Hiệu suất này khá cao so với 
kết quả của Krijroongrojana et al., 2011 trong 
nghiên cứu chiết gelatin từ da cá Priacanthus 
tayenus. Trong nghiên cứu này, hiệu suất chiết 
trong 3 giờ đạt 53,36% ở nhiệt độ 80oC, 55,01% 
ở 90oC và 68,24% ở 100oC. Ngoài ra, khi được 
gia nhiệt trong 0,5 giờ ở nhiệt độ 110oC hiệu 
suất chiết đạt 60,77%, ở 120oC đạt 76,36% và 
ở 130oC đạt 68,44%. Như vậy, việc chiết nhiều 
lần theo nghiên cứu của đề tài sẽ cải thiện hiệu 
suất chiết và cho hiệu suất cao hơn khi chiết 1 
lần bằng nước nóng. Bên cạnh đó, việc chiết 
collagen bằng nước cho dịch chiết có pH kiềm 
phù hợp với quá trình thủy phân bằng enzyme 
kiềm sau này khi so với việc chiết trong axit 
acetic rồi bổ sung pepsin như các nghiên cứu 
trước đây.
Quá trình thủy phân collagen sử dụng 
endoprotease Corolase 7089 có hiệu quả cao khi 
DH% đạt 34% và thu được collagen thủy phân 
131TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 1 - THAÙNG 7/2013
VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 2
có gần 90% protein có khối lượng <10kDa. 
Điều này cũng thấy được ở những nghiên cứu 
của Gilmartin & Jervis., 2002 về thủy phân cơ 
thịt cá tuyết bằng Alcalase cho DH đạt 32,59%, 
Corolase 7089 kết hợp Alcalase đạt 35,02% còn 
Alcalase kết hợp Flavourzyme có DH cao nhất 
đạt 39,86%.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1. Kết luận
Collagen được chiết từ da cá Tra bốn lần 
trong nước lần lượt ở 600C trong 120 phút, 75oC 
trong 90 phút, tỷ lệ da/nước: 1/2 (w/v), lần thứ 
ba da cá được gia nhiệt ở 90oC trong thời gian 
120 phút và lần cuối ở 100oC trong 45 phút với 
tỷ lệ da:nước là 1:1. Hiệu suất chiết collagen sau 
4 lần chiết đạt trên 85%.
Dùng enzyme Corolase 7089 thủy phân 
dịch chiết trong thời gian 260 phút ở nhiệt độ 
55,50C pH 8 với tỷ lệ E/S là 1,25% sẽ thu được 
sản phẩm có 87% là collagen có kích thước 
<10kDa.
5.2. Kiến nghị
Sản phẩm collagen thủy phân với những 
mục đích sử dụng khác nhau có những yêu 
cầu khác nhau về khối lượng phân tử, thông 
thường <10kDa, do vậy cần có giải pháp thu 
những phân đoạn này trong sản phẩm thuỷ 
phân. Cần tiếp tục nghiên cứu hướng ứng 
dụng cho phần bã thải ra sau quá trình trích 
ly collagen nhằm tận thu hoàn toàn lượng phụ 
phẩm từ nguồn nguyên da cá vốn rất dồi dào 
ở nước ta, đặc biệt là ở vùng Đồng bằng sông 
Cửu Long.
CẢM ƠN
Nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến 
Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, Viện 
Nghiên cứu Nuôi trồng thủy sản II, Trung tâm 
Công nghệ Sau thu hoạch, Bộ môn Công nghệ 
Thực phẩm Trường ĐH Bách khoa TP Hồ Chí 
Minh, các nhà máy chế biến cá Tra tại Đồng 
bằng sông Cửu Long đã hỗ trợ chúng tôi về kinh 
phí, trang thiết bị, nguyên vật liệu để thực hiện 
nghiên cứu này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Eriksson L., Johansson E., Kettaneh N., Wikstrom C., 
Wold S., 2000. Design of experiments- Principles 
and applications, Umetrics. 329pp.
Benjakul S., Nalinanon S., Visessanguan W., Kishimura 
H., 2007. Use of pepsin for collagen extraction 
from the skin of bigeye snapper (Priacanthus 
tayenus). Food chemistry, 104, 593-601.
Gilmatin L., Jervis J., 2002. Production of Cod (Gadus 
morhua) Muscle hydrolysate. Influence of 
combinations of commercial enzyme preparations 
on hydrolysate peptide size range, J .Aric. Food 
Chem, 50, 5417-5423.
Gomez-Guillen, M.C., Sarabia, A.L., Montero, P., 2001. 
Extraction gelatine from megrim (Lepidorhombus 
boscii) skins with several organic acid. Journal of 
Food Science, 66, 213-216.
Kijroongrojana K., Sukkwai S., Benjakul S., 2011. 
Extraction of gelatine from bigeye snapper 
(Priacanthus tayenus) skin for gelatine hydrolysate 
production. International Food Reasearch Journal 
18(3), 1129-1134
Liu H.Y., Li D., Guo S.D., 2007. Studies on collagen 
from the skin of channel catfish (Ictalurus 
punctaus), Food Chemistry, 101, 621-625.
Nagai, T., & Suzukib, N., 2000. Isolation of collagen 
from fish waste material – skin, bone and fins. 
Food Chemistry, 68 (3), 277 -281.
Nalinanon S., Benjakul S., Visessanguan W., Kishimura 
H., 2007. Use of pepsin for collagen extraction 
from the skin of bigeye snapper (Priacanthus 
tayenus), Food Chemistry, 104, 593-601.
Singh P., Benjakul S., Maqsood S., Kishimura H., 2011. 
Isolation and characterisation of collagen extracted 
from the skin of triped catfish (Pangasianodon 
hypophthalmus). Food Chemistry, 124, 97-105.
132 TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 1 - THAÙNG 7/2013
VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 2
STUDY ON EXTRACTION AND HYDROLYSIS OF COLLAGEN FROM TRA 
CATFISH SKIN (Pangasianodon hypophthalmus)
Nguyen Thi Huong Thao1, Dinh Thi Men1, Nguyen Thi My Thuan1
ABSTRACT
Collagen was extracted from the pretreated Tra catfish (Pangasianodon hypophthalmus) skin then 
hydrolyzed by enzyme to isolate collagen hydrolysate. The results showed that collagen was ex-
tracted four times in water with the yield of over 85%. Hydrolysis conditions were optimized by 
using a response surface methodology (RSM). An enzyme to substrate level of 1.25% (v/w), tem-
perature of 55.5oC the time of 260 minutes and pH of 8.0 were found to be the optimum conditions 
to obtain the highest degree of hydrolysis (over 34%) using Corolase 7089. The collagen hydroly-
sate produced contained 87% collagen with molecular weight below 10kDa in which the fraction 
below 3kDa occupied 60%.This process is suitable to produce collagen hydrolysate for cosmetic 
and food application. 
Key words: collagen hydrolysate, Corolase, degree of hydrolysis, response surface methodology 
(RSM), Tra catfish skin.
Người phản biện: ThS. Nguyễn Thị Lan Chi 
 Ngày nhận bài: 6/6/2013 
Ngày thông qua phản biện: 20/6/2013 
Ngày duyệt đăng: 8/7/2013
1 Center for Fisheries Post Harvest Technology, Research Institute for Aquacutute No2 
Email: nthuongthao@yahoo.com