Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Khoa Cơng nghệ hóa học thực phẩm Đề tài: DVHD: TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh SVTH: Trần Đức Toàn - 16139205 DH16HD Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm Mục Lục Giới thiệu .1 I Tổng quan Alginate 1) Lịch sử nghiên cứu phát triển 2) Cấu tạo - cấu trúc 3) Công thức phối cảnh 4) Phân loại II Tính chất 1) Tính chất chung: 2) Độ nhớt 3) Sự hóa dẻo 4) Hợp phần từ Alginate 5) Tính chất màng Alginate 6) Sự tạo gel kỹ thuật tạo gel III Ứng dụng Algrinate công nghệ thực phẩm 1) Chất tạo gel 2) Chất làm dày, ổn định nhũ tương hóa 3) Chất ổn định bao gói 10 4) Màng bao thực phẩm 11 5) Một số sản phẩm thị trường 12 Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm Danh mục hình ảnh hình : tảo .1 hình : công thức cấu tạo acid cấu tạo nên acid Alginic hình : cấu tạo acid Alginic hình : cơng thức phối cảnh hình cấu trúc đặc biệt Alginic hình : sodium alginate hình : canxi alginate hình : amoni alginate hình : Alginat AmoniAlginat Propylen glycon hình 10 : Sự kết hợp ion Ca2+ với Alginate hình 11 : Vị trí Ca2+ Alginate Kỹ thuật tạo gel hình 12 : Phương pháp đơn giản việc cố định vi khuẩn H volcanii Canxi alginate 10 hình 13 : Cơng nghệ tạo vi nang có ứng dụng khác ngành thực phẩm, bao gồm bao gói hợp chất nhạy cảm, dễ bay chất tạo độ acid, chất béo hương liệu .11 hình 14 : yến hũ 12 hình 15 : kem lạnh .13 hình 16 : bia 13 hình 17 : mayonaise 14 hình 18 : mỳ ăn liền 14 hình 19 : chân châu 3Q 15 Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm Giới thiệu Rong biển có nhiều ứng dụng sống người từ thời xa xưa người biết sử dụng rong biển loại chất tạo kết đông dùng mức hay rau câu, dùng làm thực phẩm ăn kiêng Năm 1882, Walther Hess sử dụng polysaccharide rong biển chất cố định vi sinh vật, Một môi trường nuôi cấy phân lập vi sinh vật Ngày nay, người sử dụng rong biển chất phụ gia ứng dụng nhiều thực phẩm họ sử dụng polysaccharide rong biển mục đích cố định, tao gel, nhũ hóa sản phẩm thực phẩm hình 1: tảo Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm I Tổng quan Alginate 1) Lịch sử nghiên cứu phát triển Năm 1881, Stanford người phát Alginic Acid, acid hữu có tảo nâu, trọng lượng phân tử từ 32000 – 200000 Năm 1923, F.C Thernley tiến hành chiết rút Alginate thô Orkney từ cơng nghệ sản xuất Alginate đời Năm 1975, Booth viết lịch sử công nghiệp alginate dựa kết Stanford 2) Cấu tạo - cấu trúc Alginate muối acid Alginic Cấu tạo hóa học Alginate gồm phân tử β-D-Mannuroic acid (M) α- L-Guluronic acid (G) liên kết với liên kết 1-4 glucozid Có loại liên kết gặp phân tử Alginate: (M-M-M), (G-G-G), (M-M-G) hình 2: cơng thức cấu tạo acid cấu tạo nên acid Alginic Công thức cấu tạo acid Alginic: (C6H6O6)n hình 3: cấu tạo acid Alginic Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm 3) Cơng thức phối cảnh hình 4: cơng thức phối cảnh Hai gốc phân tử β-D-Mannuroic acid (M) α- L-Guluronic acid (G) liên kết với liên kết 1-4 glucozid phân bố mạch Alginat theo khối poly-GM (G-G-M-M) liên kết ngẫu nhiên chuỗi mạch hình cấu trúc đặc biệt Alginic 4) Phân loại a) Sodium alginate hình 6: sodium alginate b) Kali Alginat (tương tự Alginat Natri) Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm c) Canxi Alginat Công thức phân tử: n hình 7: canxi alginate d) Magie Alginat Công thức phân tử:n e) Amoni Alginate (E403) Công thức phân tử: (C6H11NO6)n hình 8: amoni alginate Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm f) Alginat AmoniAlginat Propylen glycon (E405) hình 9: Alginat AmoniAlginat Propylen glycon II Tính chất 1) Tính chất chung: Là polymer có tính chất acid yếu, không màu, không mùi, không tan dung mơi hữu nước Là chất có tính chất hút nước trương nở ngâm nước Alginic hịa tan dung dịch kiềm hóa trị I tạo dung dịch muối kiềm hóa trị I hịa tan có độ nhớt cao Muối kiềm hóa trị II khơng tan 2) Độ nhớt Khi hịa tan Alginat vào nước chúng ngậm nước tạo dung dịch nhớt Độ nhớt phụ thuộc vào chiều dài phân tử Alginat Bột Alginat dễ bị giảm không bảo quản nhiệt độ thấp Ngoài ra, cách xếp phân tử Alginat ảnh hưởng đến độ nhớt Trong số trường hợp độ nhớt gia tăng nồng độ thấp với diện số chất như: CaSO4, CaCO3 Ion canxi liên kết với Alginat tạo liên kết chéo phân tử gia tăng, làm gia tăng trọng lượng phân tử độ nhớt Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm Độ nhớt Nồng độ (%) Thấp Trung bình Cao Rất cao 0,25 15 21 27 0,50 17 41 75 110 0,75 33 93 245 355 1,00 58 230 540 800 1,50 160 810 1950 3550 2,00 375 2100 5200 8750 Độ nhớt Alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 200C) Qua thông số cho thấy thay đổi độ nhớt với nồng độ khác Ở số trường hợp độ nhớt tăng lên với nồng độ thấp có diện số muối CaCO3, Cacium tartat, ion Cacium liên kết với Alginate tạo cầu nối phân tử làm tăng trọng lượng phân tử độ nhớt dung dich 3) Sự hóa dẻo Sự hóa dẻo màng nâng cao cách thêm vào tác nhân làm dẻo cách gọi hóa dẻo Kết làm cho độ bền màng tăng lên, điều giúp màng bị rách, kết q trình co lại phân tử bên chuổi polymer cấu trúc màng Chất dẻo phải phù hợp với polymer sử dụng làm màng phải hoạt tính tan với polymer Các yếu tố khác chất dẻo phải giữ lại hỗn hợp lâu, ổn định cao, không bao màu, quan trọng mùi chất không làm ảnh hưởng tiêu cực đến tính tính chất màng (Guibert Biquet, 1996) 4) Hợp phần từ Alginate Alginate: kết hợp với thành phần khác để tạo thành màng hợp phần, nhờ kết hợp mà cải tiến đặc tính màng Màng hợp phần Alginate tinh bột đánh giá có độ bền học cao (Nhóm Allen, 1963, Dahle, 1983) Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm Lipid, sáp, loại acid béo, loại dầu, chất béo kết hợp với Alginate màng hợp phần Alginate-Lipid Dựa tính kỵ nước kết hợp màng làm tăng cường rào cản bóc nước.Tuy nhiên sử dụng Lipid cịn có nhiều bất lợi tạo mùi oi khét, mùi khó chấp nhận (Cruibeert &Biguet, 1996) ảnh hưởng chất lượng sản phẩm bao màng 5) Tính chất màng Alginate Các Alginate có khả tạo màng tốt Các màng đàn hồi, bền, chịu dầu khơng dính Màng thuộc nhóm polysacharide có khả ngăn cản oxy Lipid thấm qua ức chế tượng oxy hóa chất béo thành phần khác thực phẩm Bên cạnh màng cịn có khả làm giảm thất ẩm lượng ẩm màng bóc trước ẩm thực phẩm, từ màng bao khơ co lại làm cho lượng ẩm bên không (Allen, 1963) (trích dẫn Trần Thanh Quang, 2008) Màng Alginate ứng dụng rộng rãi ngành công nghệ thực phẩm nhằm tăng thời gian sử dụng bảo quản chất lượng sản phẩm lâu Màng bao ăn được sử dụng dể làm giảm tác hại trình chế biến gây Màng bao vừa có tác dụng kéo dài thời gian sử dụng vừa ngăn cản ẩm di chuyển chất tan, phản ứng oxy hóa 6) Sự tạo gel kỹ thuật tạo gel Một tính chất tiêu biểu Alginate khả tai gel, điều kiện nhiệt độ cao trạng thái sơi làm nguội trỡ thành dạng gel Thông thường kết hợp với Ca2+ tạo gel hình vẽ Alginate ứng dụng cơng nghệ thực phẩm hình 10: Sự kết hợp ion Ca2+ với Alginate hình 11: Vị trí Ca2+ Alginate Kỹ thuật tạo gel Gel thành lập kiểm sốt thơng qua giải phóng ion Ca2+ hay dung dịch Alginate.Alginate hay hỗn hợp chứa tạo gel cách nhúng phun dung dịch chứa ion Ca2+.CaCl2 chất phổ biến thường sử dụng chung Các ion Ca2+ phản ứng với Alginate theo dạng “Box egg” Trường hợp với việc chế biến sản phẩm có bề dày mỏng kích thước nhỏ tạo màng bao phía ngồi sản phẩm Các Alginate phản ứng mạnh với ion Ca2+ Alguante có chứa nhiều α-1,4L-Guluronic acid (G) III Ứng dụng Algrinate công nghệ thực phẩm Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm 1) Chất tạo gel Tái cấu trúc thực phẩm công đoạn phổ biến công nghiệp thực phẩm, nhằm tận dụng khắc phục thành phần có tính thẩm mỹ khơng tốt Cải thiện ngoại quan thực phẩm, dạng tái cấu trúc đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng Sản phẩm tái cấu trúc sản xuất hình dạng kích thước, tăng độ đồng thẩm mỹ sản xuất thực phẩm Do độ nhớt alginate đa dạng, chúng tăng tính ổn định cho thực phẩm nhiệt độ cao nhiệt độ thấp, ứng dụng chất tạo gel nhiều sản phẩm Độ rắn tỷ lệ tạo gel alginate kiểm sốt nồng độ Ca2+ H+ dung dịch số lượng G block chuỗi polyuronate Vì khả tạo gel nhiệt độ thấp, alginate hữu dụng việc tái cấu trúc thành phần bị tổn hại oxi hóa nhiệt độ cao 2) Chất làm dày, ổn định nhũ tương hóa Alginate dùng làm chất làm dày sản phẩm mứt, marmalades* nước sốt từ quả, phản ứng alginate pectin phản ứng thuận nghịch phụ thuộc vào nhiệt độ (heat-reversible), cho độ nhớt cao so với việc sử dụng thành phần đơn lẻ Sử dụng riêng alginate kết hợp với chất làm dày khác cải thiện mức độ chấp nhận khách hàng sản phẩm béo Khi ion Canxi thêm vào dung dịch Natri alginate, ion Canxi phản ứng với alginate để tạo gel Q trình hình thành gel điều khiển ion Canxi Do tính chât đặc biệt nên Natri alginate Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm sử dụng chất làm dày, chất tạo gel chất ổn định rộng rãi cơng nghiệp nói chung PGA (propylene glycol alginate) dùng để trì ổn định cho lớp bọt (foam), ứng dụng mousse tráng miệng PGA sử dụng nhiều ngành bia, để bổ sung vào loại bia lager khác nhằm ổnđịnh lớp bọt rót, bảo vệ chúng khỏi tác nhân phá vỡ cấu trúc bọt PGA kết luận chất nhũ tương hóa vượt trội methylcellulose, locust bean guar gum, tương đương với nhiều polysaccharide thực vật phổ biến khác, so sánh khối lượng Ưu điểm khiến chúng đặc biệt hữu dụng nhiều hệ nhũ tương đơn giản, ví dụ mayonaise 3) Chất ổn định bao gói Trong cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghệ cố định bao gói alginate ứng dụng với nhiều mục đích, bao gồm chế biến, tăng cường chức tăng độ chấp nhận cho sản phẩm Với vai trị chất cố định, alginate tăng hiệu suất trình cách gia tăng thời gian sử dụng cho phép tái sử dụng tế bào hay enzyme bị bao bọc Công nghệ cố định bao gói cho phép thu nhiều sản phẩm từ trình trao đổi chất vi sinh vật gồm enzyme, amino acid, acid hữ cồn hình 12: Phương pháp đơn giản việc cố định vi khuẩn H volcanii Canxi alginate 10 Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm Alginate dùng làm môi trường cố định tế bào phân lập enzyme công đoạn chế biến sử dụng enzyme, điều cải thiện khả chịu nhiệt tổn thất enzyme tế bào Tuy nhiên, độ nhớt alginate cản trở tiếp xúc enzyme chất khả giải phóng sản phẩm cuối, ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất Vì vậy, cần phải xét tới khả sử dụng môi trường cố định công nghiệp quy mô lớn Trong nghiên cứu sau này, alginate dùng làm chất bao gói tế bào sống (probiotic) thực phẩm Tuy chứng minh có nhiều lợi ích cho sức khỏe, probiotic phải đạt mật độ định tới ruột già để có hiệu tốt Vì vậy, bao gói vi nang gel alginate xem giải pháp kinh tế đơn giản để khắc phục nhược điểm Alginate có tỷ lệ G block cao phù hợp cho chức này, nhờ khả chịu muối, chất tạo phức, có tính ổn định độ xốp cao hình 13: Cơng nghệ tạo vi nang có ứng dụng khác ngành thực phẩm, bao gồm bao gói hợp chất nhạy cảm, dễ bay chất tạo độ acid, chất béo hương liệu 4) Màng bao thực phẩm Lớp phủ màng bao ăn công nghệ phát triển có nhiều tiềm năng, nhờ cố gắng để thay hạn chế sử dụng bao bì khơng thân thiện với mơi trường Đối với vật liệu bao bì truyền thống, công nghệ cải thiện độ ổn định, an toàn thời hạn bảo quản cho sản phẩm Alginate nhiều polysaccharide protein sử dụng tạo lớp phủ ăn cho nhiều loại thực phẩm Màng bao từ natri alginate chứng minh có khả kéo dãn, tính linh động, chống co kéo không thấm dầu 11 Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm Bổ sung tác nhân chống vi sinh vật vào màng alginate thể khả ngăn chặn xâm nhập vi sinh hiệu quả, phun lên bề mặt rau, thịt sản phẩm từ cá Khả tạo lớp phủ nhiệt độ thấp gel alginate giảm thiểu hư hại đến chất chống vi sinh vật thực phẩm Alginate ứng dụng để tạo lớp phủ lên nhiều loại rau trái rau diếp, phần bị cắt táo hay dưa, có khả tăng thời gian bảo quản, hạn chế biến màu, trì độ giịn, cấu trúc hạn chế thất vitamin C 5) Một số sản phẩm thị trường Những đặc tính độc đáo dẫn đến việc sodium alginate sử dụng làm chất làm đặc, chất tạo gel chất ổn định nhiều ngành công nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp chế biến có khả tạo gel hiệu quả, đặc tính quan trọng có khả ứng dụng cao: a Yến hũ: Là chất tạo đặc sản xuất yến hũ hình 14: yến hũ b Trong kem: chất ổn định, thay tinh bột carrageenan Sodium alginate ngăn cản, hạn chế tạo thành tinh thể đá suốt q trình đơng, ức chế hồn tồn sư tạo thành tinh thể lactose, nhũ hóa cầu béo, tạo độ nhớt cao, tạo gel có khả giữ nước tốt làm cho kem không bị tan chảy Axit Alginic muối dùng làm chất ổn định kem ly, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời 12 Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn Cho vào sữa bò với nồng độ keo Alginate Natri 0,1% ( 1,8% chống tượng chất khơng hịa tan kết tủa hình 15: kem lạnh c Trong sản xuất bia, rượu:Alginate tác nhân tạo độ bền cho bọt bia Khi tinh chế rượu dùng Alginate Natri 1% để làm trong, cịn gặp khó khăn cho thêm than xương Canxi vào hình 16: bia 13 Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm d Trong sản xuất mayonnaise, tráng miệng,…: làm đặc nhũ tương hóa, nâng cao tính ổn định sản phẩm làm giảm lượng nước thực phẩm hình 17: mayonaise e Trong mì ăn liền: qua trình hydrat hóa, natri alginate làm cải thiện độ dai cho sản phẩm mì ăn liền, miến, bún …làm cho chúng trở nên dai hơn, đàn hồi giảm vỡ vụn, tăng khối lượng sản phẩm hình 18: mỳ ăn liền 14 Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm f Trong thạch: thạch trân châu, thạch 3Q, thạch nổ Popping…sử dụng sodium alginate để tạo hình cầu hình 19: chân châu 3Q 15 ... phụ gia ứng dụng nhiều thực phẩm họ sử dụng polysaccharide rong biển mục đích cố định, tao gel, nhũ hóa sản phẩm thực phẩm hình 1: tảo Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm I Tổng quan Alginate. .. dụng Algrinate công nghệ thực phẩm Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm 1) Chất tạo gel Tái cấu trúc thực phẩm công đoạn phổ biến công nghiệp thực phẩm, nhằm tận dụng khắc phục thành phần có... protein sử dụng tạo lớp phủ ăn cho nhiều loại thực phẩm Màng bao từ natri alginate chứng minh có khả kéo dãn, tính linh động, chống co kéo không thấm dầu 11 Alginate ứng dụng công nghệ thực phẩm Bổ