Phụ gia tạo cấu trúc trong công nghệ chế biến thịt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GỊN KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM  TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỊT ĐỀ TÀI: PHỤ GIA TẠO CẤU TRÚC TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỊT GVHD: TS.Nguyễn Thị Hiền Sinh viên thực hiện: Họ tên Hồ Thị Mai Phương Nguyễn Thanh Thảo Hà Thị Ngọc Trâm Nguyễn Hiệp Thuận MSSV DH61805395 DH61801127 DH61806378 DH61805675 TP.HỒ CHÍ MINH THÁNG NĂM 2022 Lớp D18_TP04 D18_TP04 D18_TP04 D18_TP04 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Định nghĩa: 1.2 Phân loại: CHƯƠNG 2: PHỤ GIA NHÓM HYDROCOLLOID 2.1 Xanthan gum: 2.1.2 Cấu tạo: 2.1.3 Tính chất Xanthan gum: 2.1.4 Ứng dụng công dụng Xanthan gum: 2.2 Carrageenan: 2.2.1 Giới thiệu lịch sử phát Carrageenan: 2.2.2 Cấu tạo: 2.2.3 Tính chất 10 2.2.4 Phương pháp sản xuất carageenan công nghiệp 12 2.2.5 Ứng dụng 12 2.3 Pectin 13 2.3.1 Khái niệm 13 2.3.2 Cấu tạo 13 2.3.3 Tính chất pectin 14 2.3.4 Phân loại pectin 15 2.3.5 Cơ chế tạo gel 16 2.3.6 Ứng dụng 16 2.4 Alginate 16 2.4.1 Lịch sử hình thành phát triển 16 2.4.2 Nguồn gốc: 17 2.4.3 Cấu tạo: 17 2.4.4 Tính chất 20 2.4.5 Đặc tính: 20 2.4.6 Ứng dụng công nghiệp chế biến thịt 22 2.4.7 Phương pháp sản xuất alginate: 23 2.4.8 Quá trình nấu tách Alginic 24 CHƯƠNG 3: PHỤ GIA NHÓM POLYSACCHARIDE 28 3.1 Chitosan 28 3.1.1 Chitin 28 3.1.2 Chitosan 29 3.1.3 Ứng dụng chitosan công nghệ chế biến thịt 30 3.1.4 Sản xuất chitosan 30 3.2 Tinh bột 31 3.2.1 Tổng quan: 31 3.2.2 Cấu tạo tinh bột 31 3.3 Tinh bột biến tính 33 3.3.1 Giới thiệu 33 3.3.2 Cấu tạo phương pháp xử lý 33 3.3.3 Ứng dụng 35 CHƯƠNG 4: PHỤ GIA NHÓM PROTEIN 36 4.1 Gelatin 36 4.1.1 Khái niệm 36 4.1.2 Phân loại: 36 4.1.3 Cấu tạo 36 4.1.4 Đặc tính gelatin 37 4.1.5 Cơ chế tạo gel 37 4.1.6 Độ bền gel 37 4.1.7 Độ bền gelatin 38 4.1.8 Ứng dụng 38 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Định nghĩa: - Phụ gia: Theo TCVN: Phụ gia thực phẩm chất không coi thực phẩm hay thành phần chủ yếu thực phẩm, có khơng có giá trị dinh dưỡng, đảm bảo an tồn cho sức khoẻ, chủ động cho vào thực phẩm với lượng nhỏ nhằm trì chất lượng, hình dạng, mùi vị độ kiềm độ acid thực phẩm, đáp ứng yêu cầu công nghệ chế biến, đóng gói, vận chuyển bảo quản thực phẩm - Phụ gia tạo cấu trúc: Là nhóm phụ gia thêm vào nhằm thay đổi cấu trúc nguyên liệu ban đầu, tạo cấu trúc làm ổn định cấu trúc sản phẩm 1.2 Phân loại: - Hydrocolloid: Xanthan gum, Carrageenan, Pectin, Alginate,… - Polysaccharide: Chitosan, Tinh bột, Tinh bột biến tính,… - Protein: Gelatin, CHƯƠNG 2: PHỤ GIA NHÓM HYDROCOLLOID 2.1 Xanthan gum: 2.1.1 Giới thiệu lịch sử đời xanthan gum: Giới thiệu: - INS: E415 - Liều lượng: 0,5% trọng lượng thành phẩm - Xanthan gum loại polysaccharide ngoại bào tổng hợp chủng Xanthaomonas capestris - Khác với loại gum khác, dung dịch Xanthan gum có độ nhớt bền môi trường giới hạn nhiệt độ pH rộng Bên cạnh dung dịch có khả chống lại số tác dụng phần cắt enzyme - Một đặc điểm Xanthan gum phối hợp với loại gum khác nồng độ cao hình thành nên mạng lưới gel có cấu trúc mềm, dẻo có khả thuận nghịch mặt nhiệt độ - Xanthan gum nghiên cứu nhiều lĩnh vực đặc biệt công nghệ thực phẩm nhằm để mở rộng khai thác tiềm vốn có Lịch sử đời: - Cách lâu, người tìm hiểu lồi Xanthomonas sản xuất khối sền sệt - Cuối năm 1950, xanthan phát minh Northern Reseach Center, Peoria,… - Đầu năm 1960, xanthan trở thành sản phẩm thương mại công ty Kelco với tên thương mại Kelzan khơng thích hợp cho thương mại đến năm 1964 - Năm 1969, xanthan tổ chức FDA cho phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm sau nghiên cứu thử nghiệm động vật Nó phép sử dụng nước: Hoa Kì, Canada,… Số kí hiệu E415 2.1.2 Cấu tạo: Cấu tạo phần tử: - Cơng thức hóa học: (C35H49O29)n - Xanthan bao gồm cụm gốc đường lặp lại, cụm gồm gốc D – glucose, gốc đường D – mannose, gốc đường D – glucoronate gốc acetate, pyruvate với số lượng thay đổi - Mỗi cụm đơn vị mạch chuỗi polysaccharide bao gồm gốc β – D – glucose, liên kết với liên kết – 1,4 glycoside Yếu tố giống với cấu trúc cellulose - Mạch nhánh gồm gốc glucoronate nằm liên kết với gốc mannose Vị trí thứ gốc D – glucoronate liên kết với vị trí tứ hai gốc D – mannose, vị trí thứ gốc D – glucoronate liên kết với vị trí thứ gốc mannose khác - Mạch nhánh liên kết với mạch vị trí thứ gốc cellulose mạch vị trí thứ gốc mannose mạch - Khoảng nửa số gốc mannose cuối có nhóm acid pyruvic liên kết nhóm ketal tạo vịng vị trí – gốc mannose - Gốc mannose lại liên kết liên kết với acetyl vị trí thứ Xanthan gum chứa ion dương hóa trị Na, K Mạch nhánh mạch thẳng xoắc chặt với tạo thành hình dạng bền chặt Hình 2.1: Cấu trúc đơn vị Xanthan gum Khối lượng phần tử: - Có thể từ 0.9 triệu đến 1.6 triệu Dalton, phụ thuộc vào nguồn vi sinh vật điều kiện thực q trình lên men - Đơi khối lượng phân tử xanthan lên đến 13 – 50 triệu Dalton Xanthan gum Hình 2.2: Khối lượng phần tử Xanthan gum Trạng thái phần tử: - Xanthan phần tử sinh học xoắc đôi không đối xứng - Mạch nhánh mạch thẳng xoắc chặt với tạo thành hình dạng bền chặt - Các phần tử co lại hình xoắc ốc kép hình thành nên cấu trúc đặc quánh gặp số điều kiện bị duỗi mạch làm thay đổi tính chất - Mạch mạch bên bảo vệ nên làm cho xanthan tương đối bên acid kiềm enzyme 2.1.3 Tính chất Xanthan gum: Tính chất: - Tan nước, dịch có độ nhớt cao, có khả ổn định tốt sau rã đông Sự ổn định nhũ tương làm từ Xanthan gum không bị ảnh hưởng pH (~3,5 nước sốt salad), muối (15% sốt barbecue) hay xử lí nhiệt (UHT, trùng) Một lợi khác, Xanthan gum tạo độ nhớt đồng khoảng nhiệt độ 5-75°C, điều tạo cho sản phẩm có cấu trúc ổn định tốt điều kiện bảo quản khác - Tính tương hợp với alcohol: Tuy khơng hịa tan trực tiếp alcohol lại có khả tương thích với Những sản phẩm có chứa loại gum cơng thức thành phần thường chiếm đến 60% dung môi alcohol ethanol Ta sử dụng tính chất để làm cho cocktail, rượu có mùi chocolate trở nên đặc - Khơng bị thối hóa enzyme: Khả kháng lại tác động enzyme xắp xếp nhánh nhánh phụ, xắp xếp chống lại tác động enzyme lên liên kết 1,4 nhánh Nhờ mà ngăn cản ngưng trùng hợp enzyme, acid kiềm Khả ứng dụng số sản phẩm thực phẩm bánh mứt táo, thực phẩm có chứa tinh bột, gia vị trộn… - Gel thuận nghịch nhiệt độ: Ở nhiệt độ 40 – 80°C, xanthan gum chuyển đổi cấu trúc xoắn ốc đơi thành chuỗi đơn Ở cấu hình chuỗi đơn, mạng lưới liên kết yếu đi, hình thành nên trạng thái giả dẻo (pseudoplastic) làm giảm độ nhớt dung dịch - Độ nhớt phụ thuộc vào thời gian tốc độ khuấy: Xanthan gum có tính chất chất lỏng phi Newton giả dẻo, độ nhớt thay đổi chịu ứng suất cắt khác – lực cắt cao độ nhớt thấp Các yếu tố ảnh hưởng: Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt xanthan gum: - Nồng độ muối: Với nồng độ khác nhau, ảnh hưởng muối tính chất xanthan gum khác Khi nồng độ 0.25%, muối hóa trị I natri clorua làm giảm nhẹ độ nhớt Ở nồng độ cao hơn, độ nhớt lại tăng thêm muối Khi nồng độ NaCl đạt 0.1%, độ nhớt không phụ thuộc vào nồng độ xanthan gum, việc bổ sung thêm muối ảnh hưởng đến độ nhớt Ngoài ra, kim loại hóa trị III nhơm thúc đẩy q trình tạo gel xanthan gum - pH: Xanthan gum ổn định khoảng pH rộng, nhiên độ nhớt giảm dần pH xấp xỉ Khi trung hòa dung dịch, độ nhớt xanthan lại phục hồi ban đầu Bên cạnh đó, nhạy cảm với pH độ nhớt xanthan gum lại ổn định theo thời gian - Nhiệt độ: Dung dịch xanthan gum có khả trì độ nhớt khơng đổi tăng nhiệt độ Cho tới nhiệt độ nóng chảy xác định, độ nhớt giảm mạnh chuyển đổi cấu trúc từ trạng thái có trật tự đến trạng thái linh hoạt Nhiệt độ mà trình chuyển đổi xảy phụ thuộc vào nồng độ ion dung dịch đặc điểm cấu trúc phân tử Ở nồng độ 0.3% xanthan gum nước khử ion, chuyển đổi xảy 40°C Tuy nhiên có lượng muối thấp dung dịch, nhiệt độ đạt tới 90°C 2.1.4 Ứng dụng công dụng Xanthan gum: Ứng dụng thực phẩm: - Xanthan gum sử dụng nhiều loại sản phẩm thực phẩm, chẳng hạn nước sốt, kem, sản phẩm thịt gia cầm, sản phẩm bánh mì, sản phẩm bánh kẹo, đồ uống, sản phẩm sữa, sản phẩm khác,… Nó giúp ngăn ngừa tách dầu cách ổn định hệ nhũ tương, khơng phải chất nhũ hóa Đồng thời giúp ổn định hạt rắn, chẳng hạn gia vị Phụ gia giúp tạo kết cấu mong muốn nhiều loại kem Kem đánh thường chứa thành phần gum chất kết dính để giữ cho sản phẩm đồng Nó giúp làm đặc sản phẩm thay trứng thương mại làm từ lòng trắng trứng, để thay chất béo chất nhũ hóa có lịng đỏ Nó phương pháp làm đặc chất lỏng ưa chuộng người bị rối loạn nuốt, khơng làm thay đổi màu sắc hương vị thực phẩm đồ uống mức độ sử dụng thông thường - - Khi bổ sung vào gel tinh bột cải thiện độ ổn định Thêm lượng nhỏ Xanthan gum (0,1-0,2%) cải tiến đáng kể ổn định dịch tinh bột cấu trúc hình dạng sản phẩm cuối Tinh bột cung cấp cấu trúc đặc biệt cảm giác ngon miệng ăn, Xanthan gum tạo ổn định điều kiện xử lý khác Trong sản phẩm nướng với tính chất giả dẻo giúp q trình nhào bột bao gồm vô khuôn dễ dàng Vì tính chất giữ nước nó, Xanthan gum ngăn chặn vón cục suốt q trình nhào cải thiện đồng bột nhào Hơn làm giảm nước trình nướng Nó góp phần giúp phân phối kích thước lỗ xốp sản phẩm nướng đồng Công dụng: - Ổn định hệ nhũ tương huyền phù, ổn định dung dịch tốt đông lạnh rã đông - Xanthan gum sử dụng làm chất làm dày, đông đặc sản xuất, đồng thời chất tạo béo giả, tạo vị béo mà khơng có giá trị dinh dưỡng - Xanthan gum làm tăng thể tích, cải thiện cấu trúc tính ổn định - Giữ ẩm tốt - Để giảm lượng đường máu cholesterol toàn phần người bị tiểu đường - Là thuốc nhuận tràng - Là chất thay nước bọt người bị khô miệng (hội chứng Sjogren) - Người ta sử dụng làm kem để chống hình thành tinh thể đá nhỏ kem giữ cho kem mướt - Và sử dụng rộng rải cho thành phẩm khơng có gluten Nó giúp cho bột dính chặt, tính đàn hồi dai dùng bột mì - Là chất liên kết, giúp cho thành phần trộn vào cách hiệu gắn kết với 2.1.5 Phương pháp sản xuất Xanthan gum: - Xanthan gum sản xuất từ trình lên men canh đường với chủng vi khuẩn Xanthomonas campestris Quá trình lên men tiến hành mơi trường lên men chìm, hiếu khí Mơi trường phải tiệt trùng kĩ, có chứa đường (glucose, sucrose) phù hợp, nguồn nitơ thích hợp (amon clorua), kali phosphate số chất khoáng vi lượng khác phụ thuộc vào giống Sau tinh cách xử lý ethanol isopropanol, sấy nghiền - Xanthan gum thương mại thường dạng muối Na+, K+ Ca2+, dung dịch trung tính 2.2 Carrageenan: 2.2.1 Giới thiệu lịch sử phát Carrageenan: - INS: E407 - - - Liều lượng: GMP Carrageenan bắt đầu sử dụng 600 năm trước đây, chiết xuất từ rêu Irish moss làng bờ biển phía Nam Ireland ngơi làng mang tên Carrageenan Vào năm 30 kỷ XX, carrageenan sử dụng công nghiệp bia hồ sợi Cũng thời kì khám phá cấu trúc hóa học carrageenan tiến hành mạnh mẽ Sau này, carrageenan chiết xuất từ số loài rong khác Gigartina stelata thuộc chi rong Gigartina Nhiều loài rong khác nghiên cứu việc chiết tách carrageenan để ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Hình 2.3: Tảo carrageenan Trong thực phẩm, người ta khơng sử dụng tùng loại tảo riêng biệt mà luôn kết hợp nhiều loại với để tạo Carrageenan có đặc tính riêng biệt hồn hảo Từ đó, người ta chia carrageenan thành loại điển hình sau: ✓ Kappa carrageenan: tách chiết từ loại tảo Kappaphycus alvarezii, Chondrrus crrispus, Sarcothalia crispate ✓ Iota carrageenan: tách chiết từ tảo Eucheuma denticulation ✓ Lambda carrageenan: tách chiết từ tảo Chondrrus crrispus, Sarcothalia crispate 2.2.2 Cấu tạo: Hình 2.4: Cấu tạo Carraageenan - Carrageenan polysaccharide dị thể galactose –galactan Ngoài mạch - polysaccharide cịn có nhóm sulfat gắn vào carrageenan vị trí số lượng khác Vì vậy, carrageenan khơng phải l polysaccharid đơn lẻ, có cấu trúc định mà galactan sulfat Mỗi galactan sulfat dạng riêng carrageenan có ký hiệu riêng Ví dụ: λ – , κ –, ι –, ν – carrageenan Có thể nói carrageenan hỗn hợp phức tạp loại polymer: λ – , κ–, ι –, ν - carrageenan, cấu tạo từ gốc Dgalactose 3,6-anhydro D-galctose Các gốc kết hợp với liên kết -1,4 -1,3 luân phiên Các gốc D-galactose sulfate hóa với tỉ lệ cao Các loại carrageenan khác mức độ sulfate hóa.Mạch polysaccharide carrageenan có cấu trúc xoắn kép Mỗi vòng xoắn đơn gốc disaccharide tạo nên Các polysaccharide phổ biến carrageenan kappa-, iota- lambda- carrageenan: Kappa-carrageenan loại polymer Dgalactose4-sulfate 3,6-anhydro D-galctose Iota-carrageenan có cấu tạo tương tự Kappacarrageenan, ngoại trừ 3,6-anhydro-galactose bị sulfate hóa C số Lambdacarrageenan có monomer hầu hết D-galactose- 2-sulfate (liên kết 1,3) Dgalactose-2,6-disulfate (liên kết 1,4) Muy nuy- carrageenan xử lý kiềm chuyển thành kappa iota- carrageenan Trong trình chiết tách, tác động môi trường kiềm μ-,ν-,λ-carrageenan dễ chuyển hóa thành κ-, ι-, θ- carrageenan tương ứng Các carrageenan có mức độ sulfat hóa khác nhau, thí dụ κ–carrageenan (25 % sulfat), ι– carrageenan (32 % sulfat), λ–carrageenan (35 % sulfat) Các sản phẩm thương mại hóa, chiếm vị trí quan trọng thị trường polysaccharide Hình 2.5: Sự chuyển hóa cấu trúc carrageenan 2.2.3 Tính chất - Độ tan: Màu vàng, màu nâu vàng nhạt hay màu trắng Dạng bột thô, bột mịn gần không mùi Carrageenan tan nước độ tan phụ thuộc vào dạng, nhiệt độ, pH, nồng độ ion chất tan khác Nhóm carrageenan có cầu nối 3,6-anhydro khơng ưa nước, carrageenan khơng tan nước Nhóm carrageenan khơng có cầu nối dễ tan Thí dụ λ-carrageenan khơng có cầu nối 3,6-anhydro có thêm nhóm sulfat ưa nước nên tan nước điều kiện Đối với κ – 10 * Ưu nhược điểm: - Ưu điểm: Tách triệt để khoáng khỏi polymer Alginate tạo điều kiện cho trình nấu chiết nhanh Nếu thong số trình xử lý phù hợp phương pháp có đóng góp tốt vào hiệu suất chất lượng Alginate tốt - Nhược điểm: Thử nghiệm với loại rong để tìm biện pháp thích hợp ➢ Xử lý CaCl2 0,1%: * Mục đích: - Làm mềm cellulose khử khống Ca2+, Mg2+ nhẹ nhàng - Bảo vệ keo rong - Tác dụng cố định chất màu màng cellulose rong làm dịch nấu sang Phản ứng diễn xử lý rong qua CaCl2: CaCl2 + H2 O → Ca(OH)2 + HCl 2+ → C + H+ + ClMg(Alg)2 + CaCl2 → Ca(Alg)2 + MgCl2 Ca(Alg)2 + 2HCl → 2HAlg + CaCl2 Alginic * Ưu nhược điểm: - Ưu điểm: Đơn giản, không gây ô nhiễm mơi trường, dễ thực - Nhược điểm: Qúa trình khử khống khơng mạnh mẽ, tác dụng gần formol Sử dụng phương pháp để thay formol đồng thời nên kết hợp với phương pháp xử lý acid tốt Vì vừa cố định chất màu vừa tách khống 2.4.8 Q trình nấu tách Alginic Nguyên lý: Cho Alginic phản ứng với kiềm Na K để chuyển dạng tan Sau cho Alginate Natri Kali khỏi môi trường nước Môi trường nấu chiết kiềm hóa trị I phản ứng tổng quát: Alg-COOH + MA = Alg-COOM + HA Ca-Alg + MA = Alg-COOM + CaA Trong đó: MA: Dung dịch Hydroxit Cacbonat kiềm hóa trị I; HA acid tạo thành sau phản ứng Alg-COOH: Alginic M: kiềm hóa trị I A: OH hay CO3, SO3, HPO4 Bản chất: Có q trình bản: 24 Chuyển Alginate khơng tan dạng Alginate hịa tan Khuyếch tán Alginate hịa tan từ rong mơi trường chiết Các yếu tố cần lưu ý để trình Alginate đạt hiệu suất chất lượng cao: Chất kiềm: Nguyên tắc: sử dụng kim loại kiềm Có loại kiềm: + Kiềm mạnh: KOH, NaOH…Tốc độ phản ứng xảy nhanh + Kiềm yếu: Na2CO3, Na2HPO4….Phản ứng diễn chậm Trong thực tế người ta sử dung dịch Na2CO3, Na2HPO4 để nấu: • Trường hợp nấu dung dịch Na2CO3: 2nC5H7O4COOH + nNa2CO3 = 2nC5H7O4COONa + nH2O + nCO2 Alginic (khơng hịa tan) Alginat Natri (hịa tan) • Trường hợp nấu chiết hỗn hợp Na2CO3 Na2HPO4: 2nC5H7O4COOH + nNa2CO3 = 2nC5H7O4COONa + nCO2 + nH2O (1) Alginic (khơng tan) Alginat Natri (hịa tan) 2nC5H7O4COOH + nNa2HPO4 = 2nC5H7O4COONa + nH3PO4 (2) Hàm lượng nồng độ kiềm: + Vừa đủ để phá vỡ cấu trúc tế bào chuyển toàn Alginic dạng Alginate Natri + Nồng độ kiềm thích hợp: 20% o với rong khô 1% so với dung dịch nấu Nhiệt độ nấu: + Phá vỡ nhanh tế bào rong thời gian hợp lý + Thực nhanh triệt để phả ứng Alginic với kiềm tạo Alginate Natri hịa tan + Giảm độ nhớt mơi trường tạo điều kiện cho q trình hịa tan Alginate Natri dung dịch nấu + Nhiệt độ nấu thích hợp: 60o-70o điều kiện dung dịch kiềm 1%, tỷ lệ kiềm so với rong khô 20% Thời gian nấu: + Cần đủ để phản ứng Alginic chuyển thành Alginate xảy hồn tồn đủ để Alginate Natri hịa tan mơi trường chiết + Thời gian nấu thích hợp: 1,5h-2h (Rong bị nát nhừ) Môđun thủy áp: + Môđun thủy áp tỷ lệ H2O/rong kí hiệu: N nước cần đủ hòa tan Alginate tạo dung dịch có nồng độ thích hợp tạo điều kiện cho q trình cơng nghệ sau 25 Theo kinh nghiệm thực tế lượng nước nấu Sagasum khoảng 12-16 lần so với lượng rong khô dễ lọc nhiệt độ 70o nồng độ keo rong hợp lí cho cơng đoạn sau Chế độ khuấy đảo: • Có tác dụng chính: + Làm nhiệt độ nồng độ hóa chất phân bố + Kích thích cho phản ứng Cần khuấy đảo liên tục với tốc độ vừa phải, vận tốc khuấy thích hợp 1025 vịng/phút Tách tinh chế Alginic Mục đích: làm tăng độ tinh khiết cho sản phẩm Thành phần hỗn hợp sau nấu: • Tạp chất học bao gồm: • Bã rong (có kích thước khác nhau) • Một số chất khống khơng tan • Tạp chất hịa tan bao gồm: chất màu khống hịa tan, số thành phần khác bị thủy phân trình nấu (dung dịch Glucose), Alginic Natri (nếu nấu môi trường kiềm Na) Tách tạp chất học: Phương pháp lọc: • Lắng lọc • Ly tâm lọc • Lọc ép Sau lọc thu dịch lọc dung dịch Alginate thơ Tách tạp chất hịa tan: Có phương pháp: • Phương pháp alcol • Phương pháp acid hóa • Phương pháp Canxi hóa Phương pháp alcol Cơ chế: Khi cho alcol nồng độ cao với tỷ lệ cao so với dung dịch Alginate bị kết tủa alcol cạnh tranh dung môi nước Alginate Natri Sau đó, tách kết tủa khỏi dung dịch, phần nước thải chứa đựng tạp chất cần tạo Ưu điểm: Thời gian nhanh, tách trực tiếp sản phẩm Alginate Natri Nhược điểm: Giá thành Alginate cao sử dụng lượng alcol lớn, khó khăn sản xuất 26 Phương pháp acid hóa: Dùng acid vơ bổ xung vào dung dịch lọc để lấy Alginic khỏi muối Alginat Natri, phản ứng acid vô với Alginat Natri sau: Kết tạo Aginic không tan nhẹ nên Alginic lên bề mặt dung dịch lấy Ưu điểm: + Thời gian nhanh + Tạo Alginic tự do, bán chế phẩm sử dụng để sản xuất loại Alginte Natri khác công nghiệp Nhược điểm: Nồng độ nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ phải lưu ý dư cắt mạch làm độ nhớt giảm Phương pháp Canxi hóa: Nguyên tắc: dung CaCl2 vào dịch lọc, tạo Alginate-Ca kết tủa theo sơ đồ sau đây: Phản ứng xảy ra: 2n C5H7O4COONa + n CaCl2 ===> 2n C5H7O4COOCa + 2nNaCl 2n C5H7O4COOCa + nH2SO4 ===> 2nC5H7O4COOH + CaSO4 27 CHƯƠNG 3: PHỤ GIA NHÓM POLYSACCHARIDE 3.1 Chitosan 3.1.1 Chitin Chitin polysaccharide chứa nitơ có màu trắng, cứng, khơng đàn hồi tìm thấy xương cấu trúc bên động vật khơng xương sống Chitin (C8H13O5N)n có cấu mạch thằng gồm tiểu phân N-acetyl-D– Glucosamine kết hợp lại với theo liên kết β(1- 4) Liên kết chitin poly[β(1→ 4)- 2-acetamido-2- deoxy- D- glucopyranose Chitin có cấu trúc cấu tinh thể xếp tạo thành mạng lưới sợi hữu chặt chẽ đặn từ làm cho khả xảy phản ứng hóa học Chitin mức thấp Hình 3.1: Cấu trúc phân tử chitin Đặc tính vật lý cách nhận biết bật Chitin bao gồm: • Trạng thái: Chitin tồn thể rắn • Hình dạng: thường thấy dạng vẩy • Mùi vị: khơng có mùi khơng vị • Nhiệt độ nóng chảy: 522 °C • Màu sắc: Đa phần màu trắng, màu trắng hồng, số phụ thuộc vào màu vỏ giáp xác Đặc tính hóa học bật Chitin bao gồm: • Chitin khơng tan nước • Chitin khơng tan dung dịch Axit yếu • Chitin khơng tan kiềm • Chitin có đặc tính kháng nấm mốc • Chitin có đặc tính kháng vi khuẩn • Chitin có đặc tính kháng nước • Chitin có khả tự phân huỷ sinh học cao 28 • • • • Chitin không gây dị ứng cho người Chitin không gây độc hại cho người Chitin không gây độc hại cho động vật Chitin bị đun nóng NaOH đậm đặc tạo Chitosan 3.1.2 Chitosan Nguồn gốc: Chitosan dạng chế biến chitin cách xử lý Chitin tơm lồi giáp xác khác với chất dung dịch kiềm (thường thấy: dùng natri hydroxit phương pháp khử acetyl hóa Chitin) Phân loại: Có loại Chitosan bao gồm: • Deacetylated Chitin-Chitosan (Chitosan thơ) • Oligo Chitosan (Chitosan tan nước) Cấu trúc phân tử Chitosan (C6H11NO4)n polysacarit mạch thẳng cấu tạo từ Dglucosamine (đơn vị deaxetyl hóa) N-acetyl-D-Glucosamine (đơn vị chứa nhóm acetyl) liên kết vị trí β-(1-4) Hình 3.2: Cấu trúc phân tử Chitosan (C6H11N04)n Đặc tính: Đặc tính vật lý Chitosan đặc điểm nhận gồm: • Trạng thái: Chitosan chất rắn vơ định hình, xốp, nhẹ • Hình dạng: thường thấy dạng vẩy, dạng bột • Mùi vị: khơng có mùi khơng vị • Màu sắc: có màu trắng ngà vàng nhạt 29 • Nhiệt độ nóng chảy: 309 – 311 độ C Đặc tính hóa học chitosan bao gồm: • Chitosan có tính kiềm nhẹ • Chitosan khơng tan nước • Chitosan không tan dd kiềm • Chitosan dễ dàng tan dung dịch axit • Chitosan có đặc tính kháng nấm mốc • Chitosan có khả tạo màng • Chitosan có đặc tính kháng vi khuẩn • Chitosan khơng gây dị ứng cho người • Chitosan khơng gây độc hại cho người • Chitosan khơng gây độc hại cho động vật • Chitosan dễ dàng thể hấp thụ • Chitosan có khả tự phân hủy sinh học 3.1.3 Ứng dụng chitosan công nghệ chế biến thịt Tăng ổn định cấu trúc, tạo độ dai, giòn cho sản phẩm từ thịt (giò, chả, thịt hộp, nem chua…) (để ổn định cấu trúc protein cần có tương tác kỵ nước chất háo nước, chitosan dễ dàng tan dung dịch axit yếu) Vỏ bao cho thực phẩm nguội (xúc xích, lạp xưởng…) (chitosan tan dung dịch axit thể người mà không gây dị ứng hay độc hại với người sử dụng) 3.1.4 Sản xuất chitosan Chitosan thường sản xuất công nghiệp phương pháp khử acetyl hóa chitin NaOH Trước sản xuất chitosan người ta thường rửa tẩy trẳng chitin, chitin tồn chất oxy hóa mạnh KMNO4, oxy già, Javen, NaOCl – NaCl…, người ta dùng chất để khử màu làm cho chitin trước sản xuất Sau khử màu chitin đun nóng NaOH đậm đặc nhiệt độ cao, chitin gốc acetyl tạo thành chitosan Các bước để sản xuất chitosan từ chitin sau: Ở giai đoạn sơ chế, vỏ rửa kỹ với nước lau khô để loại bỏ nước thừa Sau đó, vỏ khơ khử khống HCl 1N (1:15 w/v) nhiệt độ môi trường (khoảng 30°C) Cặn rửa nước cất pH đạt 6.5–7 sau làm khơ cặn Chitin từ vỏ tơm, vỏ giáp xác… deacetyl hóa dung dịch NaOH nồng độ 50% vòng 36 để thu hồi chitosan • Thu thập: Các vỏ loại giáp xác • Làm sạch: Loại bỏ rửa nước loại tạp chất có vỏ • Khử khoáng chất: sử dụng HCl để loại bỏ loại khống chất có vỏ 30 • Khử Protein: sử dụng NaOH lỗng để loai bỏ protein cịn dư lại vỏ • Sản xuất chitosan: chitin đun nóng NaOH đậm đặc nhiệt độ cao để tạo Chitosan (Có phương pháp, sử dụng NaOH để khử acetyl phương pháp phổ biến 3.2 Tinh bột 3.2.1 Tổng quan: Tinh bột có cơng thức hố học (C6H10O5)n, polysaccharide carbohydrate chứa hỗn hợp amylose amylopectin, tỷ lệ phần trăm amylose amylopectin thay đổi tùy thuộc vào loại tinh bột, tỷ lệ thường từ 20:80 đến 30:70 Tinh bột có nguồn gốc từ loại thực vật khác nhau, có tính chất vật lí thành phần hóa học khác Chúng polymer carbohydrat phức tạp glucose (công thức phân tử C6H12O6) 3.2.2 Cấu tạo tinh bột Tinh bột họp chất đồng thể mà gồm hai polysaccharide khác nhau: amỵlose amylopectin Tỉ lệ amylose/amylopectin xấp xỉ 1/4 Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp ngô nếp) gần 100% amylopectin Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng, hàm lượng amylose chiếm 50% 31 Hình 3.3: Cấu tạo tinh bột Trong hệ vi hạt, tinh bột tồn dạng hạt có kích thước khoảng từ 0,020,12nm Hạt tinh bột tất các, hệ có dạng hình trịn, hình bầu dục hay hình đa diện, cấu tạo kích thước hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt, trình sinh trưởng Cấu tạo bên vi hạt tinh bột phức tạp Vi hạt tinh bột có cấu tạo lớp, lớp có lẫn lộn amylose dạng tinh thể amylopectin xếp theo hướng tâm Nhờ phương pháp sử dụng kính hiển vi điện tử nhiễu xạ tia X, người ta thấy hạt tinh bột “nguyên thuỷ”, chuỗi polyglycoside amylose amylopectin tạo thành xoắn ốc với ba gốc glucose vòng Trong tinh bột hạt ngũ cốc, phân tử có chiều dài tà 0,35-0,7 µm; chiều dày lớp hạt tinh bột 0,1 µm Hơn nữa, phân tử lại xếp theo hướng tâm nên mạch glycoside polysaccharide phải dạng gấp khúc nhiều lần Ngoài cách xếp bên vậy, hạt tinh bột có vỏ bao phía ngồi Đa số nhà nghiên cứu cho vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột bên trong, chứa ẩm bền tác động bên Trong hạt tinh bột có lỗ xốp khơng vỏ hạt tinh bột có lỗ nhỏ, đó, chất hịa tan xâm nhập vào bên đường khuếch tán 32 Hình 3.4: Cấu trúc amylose (cấu trúc vịng xoắn) Hình 3.5: Cấu trúc amylopectin (cấu trúc phân nhánh) 3.3 Tinh bột biến tính 3.3.1 Giới thiệu Tinh bột biến tính xem dạng dẫn xuất tinh bột, tạo cách xử lý vật lý, hóa học hóa sinh (enzyme) tinh bột tự nhiên để thay đổi, tăng cường tính chất cách phân tách, xếp lại tổng hợp nên nhóm Người ta thường sử dụng loại tinh bột tự nhiên phổ biến tinh bột ngơ, khoai mì, khoai tây, lúa mì gạo để sản xuất tinh bột biến tính Điều có nghĩa cấu trúc phân tử hạt tinh bột bị thay đổi tạo phân tử polysaccharide mạch ngắn hay gắn chất, nhóm khác vào phân tử tinh bột Tùy vào thay đổi mà cho loại biến tính khác tinh bột 3.3.2 Cấu tạo phương pháp xử lý Cấu trúc số tinh bột biến tính 33 Hình 3.6: Cấu trúc tinh thể tinh bột axetate Hình 3.7: Cấu trúc tinh thể tinh bột cationic Phương pháp xử lý • Phương pháp vật lý Đối với phương pháp có ba phương pháp hồ hóa trước, xạ xử lý nhiệt Trong đó, tiền gelatin hóa đơn giản cách nấu sấy khô Nhà sản xuất thực phẩm không cần phải nấu trước tinh bột hồ hóa trước q trình sử dụng cải thiện độ nhớt lưu giữ hầu hết tính chất chức tinh bột ban đầu Sự thay đổi cho phép tinh bột trương nở hòa tan nước lạnh có kết cấu giịn sau nướng • Phương pháp hóa học Este hóa: Tinh bột axetyl hóa (E1420), este hóa với anhydrid axetic vinyl axetat Ete hóa: Tinh bột hydroxypropyl (E1440), este hóa propylene oxide Tinh bột xử lý axit (INS 1401), xử lý axit vô Tinh bột xử lý kiềm (INS 1402), xử lý kiềm vô Tẩy trắng tinh bột (INS 1403), xử lý hydrogen peroxide Oxy hóa: Tinh bột oxy hóa (E1404), xử lý sodium hypochlorite Nhũ hóa: tinh bột natri octenyl succinate (E1450), este hóa với anhydride octenyl succinic 34 • Phương pháp làm bền hố Mục đích phương pháp ngăn chặn thối hóa tinh bột làm tăng hạn sử dụng sản phẩm Hiệu làm bền hóa tùy thuộc vào số lượng chất hóa học nhóm thay Chủ yếu có hai nhóm dùng thực phẩm acetylate hydroxypropylate Lợi ích loại tinh bột dễ nấu hơn, thích hợp thực phẩm khơng cho phép gia nhiệt tới nhiệt độ cao Và chúng đặc biệt có ích hệ thống thực phẩm có độ ẩm thấp có cạnh tranh nước từ nguyên liệu khác • Phương pháp liên kết ngang Phương pháp bao gồm việc thay liên kết hydrogen vị trí C2, C3, C6 đơn vị glucose chuỗ liên kết liên kết đồng hóa trị mạnh Axit photphoric, axit oxalic muối chúng chủ yếu sử dụng để biến đổi tinh bột để làm cho chống lại cắt, nhiệt axit Ba loại sau loại phổ biến: Monostarch phosphate (E1410), ester hóa với axit ortho-phosphoric, natri kali ortho-phosphate natri tripolyphosphate Distarch phosphate (E1412), liên kết ngang với natri trimetaphosphate phốt oxychloride Phosphate distarch phosphate (E1413), trải qua kết hợp phương pháp điều trị mô tả cho monostarch phosphate cho distarch phosphate • Phương pháp làm bền hóa kết hợp với liên kết ngang Đơi loại tinh bột trải qua hai q trình làm bền hóa liên kết ngang tùy thuộc vào trình xử lý lưu trữ, chẳng hạn như: Acetylated distarch adipate (E1422), liên kết chéo với anhydrid adipic ester hóa với anhydrid acetic Acetylated distarch phosphate (E1414), liên kết ngang với natri trimetaphosphate phospho oxychloride ester hóa anhydrid acetic vinyl acetate Hydroxypropyl distarch phosphate (E1442), liên kết ngang với natri trimetaphosphate phốt oxychloride ether hóa với propylene oxide • Phương pháp hóa sinh Sự thủy phân tinh bột enzyme gọi biến tính hóa sinh Tùy thuộc vào mức độ thủy phân, loạt phân tử có chiều dài chuỗi khác tạo polysaccharide, maltose, glucose 3.3.3 Ứng dụng Sử dụng tác nhân kết nối ổn định việc làm đặc dẻo thực phẩm 35 Có vai trị quan trọng sản phẩm phân cắt – tái cấu trúc tạo liên kết hạt thịt, giữ ẩm cho thịt, tạo cho sản phẩm có độ rắn cao CHƯƠNG 4: PHỤ GIA NHÓM PROTEIN 4.1 Gelatin 4.1.1 Khái niệm INS: E428 Liều lượng: GMP Gelatin protein tinh dùng thực phẩm, thu nhận từ collagen bị thối hóa nhiệt, có cấu trúc protein động vật Ngồi ra, ta biết gelatin polypeptid cao phân tử, sản phẩm thu cách thủy phân phần collagen có nguồn gốc từ da, gân xương động vật Gelatin suốt, gần không mùi, không vị, giịn (khi để khơ), dễ tiêu hóa loại protein không gây dị ứng 4.1.2 Phân loại: Gelatin có dạng + Dạng bột dạng lá, tùy vào trường hợp để lựa chọn dạng gelatin thích hợp Hình 4.1: Phân loại gelatin 4.1.3 Cấu tạo Cấu trúc phân tử gelatin gồm 18 acid amin khác liên kết theo trật tự xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 1000 acid amin, hình thành nên cấu trúc bậc Giống collagen, gelatin hỗn hợp chuỗi đơn chuỗi kép có đặc tính ưa nước, cấu trúc thường gặp gelatin: Ala-GlyPro-Arg-Glu-4Hyp-Gly-Pro 36 Hình 4.2: Cấu tạo gelatin 4.1.4 Đặc tính gelatin Tính chất vật lý: Gelatin suốt, gần không mùi, không vị, giịn, dễ tiêu hóa loại protein khơng gây dị ứng Ở nhiệt độ thường độ ẩm thường, gelatin chứa từ 9-12% độ ẩm có tỉ trọng riêng 1.3-1.4 Gelatin chất rắn dạng miếng, vảy, bột hạt Màu sắc bột phụ thuộc nguồn gelatin Với gelatin có nguồn gốc từ da bị, da lợn có màu vàng so với gelatin có nguồn gốc từ cá Tuy nhiên, nói chung màu sắc khơng ảnh hưởng đến đặc tính gelatin Các đặc tính gelatin phụ thuộc vào số yếu tố • Loại collagen, nguồn gelatin, tuổi tác động vật giết mổ, quy trình xử lý tạo gelatin • Sự khác biệt thành phần axit amin, chẳng hạn hàm lượng thành phần chuỗi α-, β- γ- trọng lượng phân tử 4.1.5 Cơ chế tạo gel Ở nhiệt độ thường không tan, hút nước, trương nở lượng nước hấp thu gấp 5-10 lần khối lượng Khi gia nhiệt 50-55°C: hóa lỏng, nhiệt độ nóng chảy thấp (27-34°C) hóa lỏng khối lượng thể tích tăng Hạ nhiệt độ 10-15°C: đơng tụ tạo thành dung dịch keo mềm, độ nhớt cao 4.1.6 Độ bền gel Gelatin có khả tạo gel mà không cần dùng phối hợp với chất khác, tính chất quan trọng gelatin Mức độ hòa tan gelatin bị ảnh hưởng yếu tố như: nhiệt độ, nồng độ kích thước hạt gelatin Gelatin tan polyol glycerin, propylrn glycol, sorbitol, manitol, không tan cồn, aceton CCl4, benzen, ether dung mơi khác Tính chất gel gelatin phụ thuộc lớn vào nồng độ, nhiệt độ, pH thời gian Khi nồng độ tăng nhiệt độ cao độ nở gelatin lớn Nồng 37 độ gelatin tăng độ nở cao độ nhớt gel lớn Nhiệt độ thời gian gia nhiệt cao độ cứng gel giảm pH thấp độ cứng gel giảm, pH thời gian gia nhiệt dài độ cứng gel giảm nhanh 4.1.7 Độ bền gelatin Độ bền độ nhớt gelatin yếu tố vật lý quan trọng tính chất gelatin Độ bền gel, gọi giá trị “bloom”, thước đo độ bền độ cứng gelatin, thể trọng lượng phân tử trung bình thành phần thường nằm khoảng 30-300 bloom Gelatin có độ bloom