tìm hiểu về cấu trúc, tính chất, chức năng và ứng dụng của alginate

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆCPhạm Thị Quỳnh Nguồn gốc; Tạo gel Phạm Thị Cang Ứng dụng của Alginate Phùng Mạnh Quyết Tính chất Trương Văn Huy Cấu trúc-Cấu tạo Lê Thị Phương Nga Phân loại; Các

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LỚP 02DHTP1 - THỨ 3 – TIẾT 9, 10

HÓA HỌC THỰC PHẨM

Đề tài Tìm hiểu về cấu trúc, tính chất, chức

4 Trương Văn Huy: 2005110201

5 Lê Thị Phương Nga: 2005110307

6 Ngô Thị Hà Phương: 2005110380

Tp Hồ Chí Minh, tháng10 năm 2012

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

Phạm Thị Quỳnh Nguồn gốc; Tạo gel

Phạm Thị Cang Ứng dụng của Alginate Phùng Mạnh Quyết Tính chất

Trương Văn Huy Cấu trúc-Cấu tạo

Lê Thị Phương Nga Phân loại; Các nghiên cứu liên quan Ngô Thị Hà Phương Sản xuất keo Alginate

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

I NGUỒN GỐC 4

II CẤU TRÚC 4

1 Cấu trúc-Cấu tạo 4

2 Phân loại 7

III TÍNH CHẤT 9

1 Một số tính chất chung 9

2 Tính chất với kim loại hóa trị II 10

3 Tính chất với kim loại hóa trị I 10

4 Đặc tính 10

4.1 Độ nhớt 10

4.2 Sự hóa dẻo 11

4.3 Hợp phần từ Alginate 11

5 Tính chất của màng Alginate 11

IV SỰ TẠO GEL VÀ KỸ THUẬT TẠO GEL 12

1 Tạo gel 12

2 Kỹ thuật tạo gel 13

V ỨNG DỤNG 13

1 Trong công nghiệp thực phẩm 14

2 Trong công nghiệp dệt 14

3 Trong công nghiệp giấy 14

4 Trong tơ nhân tạo 14

5 Trong y học và dược học 14

6 Trong công nghệ mỹ phẩm 14

7 Trong một số lĩnh vực khác 15

VI SẢN XUẤT KEO ALGINATE 15

1 Quá trình xử lý hóa học 15

1.1 Xử lý formol 15

1.2 Xử lý acid 16

1.3 Xử lý CaCl2 0,1% 16

2 Quá trình tách chiết Alginate 17

2.1 Nguyên lý 17

2.2 Bản chất 18

2.3 Các yếu tố cần lưu ý để đạt hiệu quả cao 18

2.3.1 Chất kiềm 18

2.3.2 Hàm lượng và nồng độ kiềm 18

2.3.3 Nhiệt độ nấu 19

2.3.4 Thời gian nấu 19

2.3.5 Môđun thủy áp 19

2.3.6 Chế độ khuấy đảo 19

3 Tách và tinh chế Alginic 19

3.1 Tách tạp chất cơ học 20

3.2 Tách tạp chất hòa tan 20

VII THÍ NGHIỆM LIÊN QUAN 21

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

LỜI MỞ ĐẦU

Năm 1881 acid Alginic được phát hiện đầu tiên bởi Stanford Đây là chất đang đượcnhiều nước quan tâm và nghiên cứu Và trên thế giới hiện nay có 7/9 nước sản xuấtAlginate bao gồm: Nauy, Pháp, Nhật, Canada, Tây Ban Nha, Chile, Liên Xô cũ và Ấn

độ Có 2 công ty sản xuất lớn: Kelco company (Mỹ) và một công ty của Anh chiếm70% sản lượng thế giới Trung Quốc là nước đang nổi lên rất mạnh về lĩnh vực này.Tại Việt Nam, hiện đang nghiên cứu và sản xuất tại Hải Phòng,Nha Trang và Thànhphố Hồ Chí Minh

I NGUỒN GỐC

Alginate là loại polymer sinh học biển phông phú nhất thế giới và là loại polymer sinhhọc nhiều thứ hai trên thế giới sau cellulose Và được phát hiện đầu tiên bởi Stanford(1881), là một acid hữu cơ có trong tảo nâu, trọng lượng phân tử từ 32000 – 200000.Nguồn Alginate chủ yếu được tìm thấy ở thành tế bào và ở gian bào của tảo nâu ở biển(thuộc họ Rhaeophyceae), tảo bẹ Macrocystis pyrifera, nodosum Ascophyllum và cácloại Lamminaria nhưng nhiều nhất là ở tảo nâu Ở dưới dạng muối Alginat

Alginate tồn tại dưới 2 dạng không tan là acid alginic và Alginate Canxi và Magie (kíhiệu: AlgCa, AlgMg) rất bền vững ở thành tế bào cây rong Tạo nên cấu trúc lưới gel bềntrên thành tế bào rong nâu

II CẤU TRÚC

1 Cấu tạo – cấu trúc:

Alginate là muối của acid Alginic Cấu tạo hóa học của Alginate gồm 2 phân tử Mannuroic acid (M) và α- L-Guluronic acid (G) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4glucozid Có 3 loại liên kết có thể gặp trong 1 phân tử Alginate: (M-M-M), (G-G-G),(M-M-G)

β-D-Hình 1.1: Công thức cấu tạo của 2 acid cấu tạo nên acid Alginic

Công thức cấu tạo của acid Alginic: (C6H6O6)n

Hình 1.2:

Hình 1.3: Công thức phối cảnh

Hai gốc phân tử β-D-Mannuroic acid (M) và α- L-Guluronic acid (G) liên kết vớinhau bằng liên kết 1-4 glucozid phân bố trong mạch Alginat theo 3 loại khối(Block): poly-G (G-G-G-G), poly-M (M-M-M-M) và poly-GM (G-M-G-M) liênkết ngẫu nhiên trong chuỗi mạch.

Hình 1.4: Cấu trúc đặc biệt của Alginic theo các đơn vị monomer

Chiều dài của các Block:

G-Block

M-Block

MG-Block

2 Phân loại: theo dạng muối

Alginat Natri:

Công thức phân tử: (C5H7O4COONa)n

Alginat Kali (tương tự như Alginat Na)

G Block

Alginat Canxi:

Công thức phân tử: [(C5H704COO)2Ca]n

Alginat Magie: [(C5H704COO)2Ca]n

 Alginat Amoni: (C6H11NO6)n

Ngoài ra còn có :Alginat Propylen glycon:Công thức phân tử:

III TÍNH CHẤT

1 Một số tính chất chung:

 Là polymer có tính chất acid yếu, không màu, không mùi, không tan trong cácdung môi hữu cơ và nước

 Là chất có tính chất hút nước trương nở khi ngâm trong nước

 Alginic hòa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối kiềm hóa trị

I hòa tan có độ nhớt cao

Ví dụ: khi cho Alginic hòa tan trong dung dịch NaOH thì tạo thành dung dịchAlginate Natri có độ nhớt cao:

Alginic + NaOH Alg-Na + H2O

 Muối kiềm hóa trị II không tan

2 Tính chất của Alginate với kim loại hóa trị II:

 Có độ chắc cao

 Có khả năng tạo màu tùy theo kim loại

 Không hòa tan trong nước

 Khi ẩm thì dẻo (Gel Alginate), khi khô có độ cứng cao và khó thấm nước, tỷtrọng thấp

3.Tính chất của muối Alginaate với kim loại hóa trị I:

Dễ bị cắt mạch bởi yếu tố acid, kiềm mạnh, nhiệt độ cao, enzyme

Khi tương tác với acid vô cơ thì tách Alginic tự do Vì vậy, lợi dụng tính chất này

để tinh hế Alginic, ứng dụng trong công nghiệp

Dễ hòa tan trong nước, tạo dung dịch keo nhớt có độ dính, độ nhớt cao

Khi làm lạnh không đông, khi khô trong suốt có tính đàn hồi

4.Đặc tính:

4.1 Độ nhớt:

Khi hòa tan các Alginat vào nước chúng sẽ ngậm nước và tạo dung dịch nhớt Độ nhớtphụ thuộc vào chiều dài của phân tử Alginat Bột Alginat rất dễ bị giảm nếu không đượcbảo quản ở nhiệt độ thấp Ngoài ra, cách sắp xếp của phân tử Alginat cũng ảnh hưởngđến độ nhớt của nó

Trong một số trường hợp độ nhớt có thể gia tăng ở nồng độ thấp với sự hiện diện củamột số cơ chất như: CaSO4, CaCO3 Ion canxi liên kết với Alginat tạo liên kết chéo trongphân tử gia tăng, sẽ làm gia tăng trọng lượng phân tử và độ nhớt

Độ nhớt: Khi hòa tan các Alginate vào nước và sẽ ngậm nước và tạo dung dịch nhớt,

độ nhớt tỉ lệ thuận vào chiều dài phân tử của Alginate

Bảng 1 : Độ nhớt của Alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 200C)

Nồng độ (%)

Độ nhớtThấp Trung bình Cao Rất cao

Qua nhưng thông số trên cho thấy sự thay đổi độ nhớt với những nồng độ khác nhau

Ở một số trường hợp độ nhớt có thể tăng lên với nồng độ thấp khi có sự hiện diện củamột số muối như CaCO3, Cacium tartat, ion Cacium liên kết với Alginate tạo cầu nối giữacác phân tử làm tăng trọng lượng phân tử của độ nhớt dung dich

4.2 Sự hóa dẻo

Sự hóa dẻo của màng có thể nâng cao bằng cách thêm vào các tác nhân làm dẻo cáchnày gọi là sự hóa dẻo Kết quả làm cho độ bền của màng càng tăng lên, chính điều nàygiúp màng ít bị rách, đó là kết quả của quá trình co lại của các phân tử bên trong giữa cácchuổi polymer trong cấu trúc màng Chất dẻo phải phù hợp với polymer sử dụng làmmàng và cũng phải cùng hoạt tính tan với polymer Các yếu tố khác là chất dẻo phải được

các chất này không làm ảnh hưởng tiêu cực đến tính tính chất của màng (Guibert vàBiquet, 1996)

4.3 Hợp phần từ Alginate

Alginate: có thể kết hợp với các thành phần khác để tạo thành màng hợp phần, nhờ sựkết hợp này mà cải tiến được đặc tính của màng Màng hợp phần Alginate và tinh bộtđược đánh giá là có độ bền cơ học cao (Nhóm Allen, 1963, Dahle, 1983)

Lipid, sáp, các loại acid béo, các loại dầu, chất béo nó có thể được kết hợp vớiAlginate trong màng hợp phần Alginate-Lipid Dựa trên tính kỵ nước sự kết hợp mànglàm tăng cường rào cản sự bóc hơi nước

Tuy nhiên sử dụng Lipid còn có nhiều bất lợi do tạo ra mùi oi khét, mùi khó chấp nhận(Cruibeert &Biguet, 1996) sẽ ảnh hưởng chất lượng sản phẩm được bao màng

5 Tính chất của màng Alginate:

Các Alginate cũng có khả năng tạo màng rất tốt Các màng rất đàn hồi, bền, chịu dầu

và không dính bệt Màng thuộc nhóm polysacharide có khả năng ngăn cản oxy và Lipidthấm qua vì thế sẽ ức chế được hiện tượng oxy hóa chất béo và các thành phần khác trongthực phẩm Bên cạnh đó màng còn có khả năng làm giảm thất thoát ẩm vì lượng ẩm trongmàng sẽ bóc hơi trước ẩm trong thực phẩm, từ đó màng bao sẽ hơi khô và co lại làm cholượng ẩm bên trong không thoát ra được (Allen, 1963) (trích dẫn bởi Trần Thanh Quang,2008)

Màng Alginate được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm nhằm tăngthời gian sử dụng và bảo quản chất lượng sản phẩm được lâu hơn Màng bao ăn được cóthể được sử dụng dể làm giảm tác hại của do quá trình chế biến gây ra Màng bao vừa cótác dụng kéo dài thời gian sử dụng vừa ngăn cản sự mất ẩm và sự di chuyển chất tan,phản ứng oxy hóa

IV SỰ TẠO GEL VÀ KỸ THUẬT TẠO GEL

Hình 4.1: Sự kết hợp ion Ca 2+ với Alginate

CaCl2 là chất phổ biến thường được sử dụng đi chung

Các ion Ca2+ sẽ phản ứng với Alginate theo dạng “Box egg” Trường hợp với việc chếbiến các sản phẩm có bề dày mỏng và kích thước nhỏ hoặc tạo màng bao phía ngoài cácsản phẩm

Các Alginate phản ứng mạnh với ion Ca2+ hoặc Alguante có chứa nhiều

α-1,4-L-V ỨNG DỤNG

1 Trong công nghiệp thực phẩm

Một hợp chất của axit Alginic có tên là Lamizell là một muối kép của Natri và Canxivới một tỷ lệ nhất định Lamizell tạo ra được một độ nhớt đặc biệt và có khả năng kích thích ăn ngon miệng, do đó rất được quan tâm trong sản xuất thực phẩm

Alginate Natri cũng được dùng trong một số thực phẩm để hạn chế tăng trọng Ví dụ: 1 g Alginate Natri chỉ cung cấp 1,4 Kcal

Trong sản xuất kem, axit Alginic và muối của nó có thể dùng làm chất ổn định trongkem ly, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn

Cho vào sữa bò với nồng độ keo Alginate Natri 0,1% ( 1,8% sẽ chống được hiện tượng các chất không hòa tan kết tủa

Khi tinh chế rượu dùng Alginate Natri 1% để làm trong, nếu còn gặp khó khăn cho thêm than xương và Canxi vào

Alginate còn dùng trong sản xuất bơ, bánh kẹo, fomat, nước giải khát cũng như các mặt hàng đông lạnh

Alginate Natri được dùng làm chất bảo vệ kem lạnh với những tác dụng như sau:

Ngăn ngừa tạo ra các tinh thể đá băng

Ức chế hoàn toàn sự tạo thành tinh thể của Lactose

Nhũ hóa các cầu béo

Làm bền bọt

Tạo độ nhớt cho kem

Tạo gel, có khả năng giữ nước cho kem

Làm cho kem không bị tan chảy

Với những thực phẩm có độ axit cao không thể dùng Alginate Natri được thì propylen – glycol Alginate là chất thay thế rất tốt vì nó bền được cả trong vùng pH =

0 - 3

2 Ứng dụng trong công nghiệp dệt

Alginate có độ nhớt cao, tính mao dẫn kém, khi khô trong suốt, bóng và có tính đàn hồi tốt Vì thế người ta dùng hồ vải cho sợi bền và chịu được cọ sát, giảm bớt tỷ lệ sợi đứt và nâng cao hiệu suất dệt

Trong công nghiệp in hoa Alginate Natri là chất tạo cho thuốc nhuộm có độ dính cao đáng kể, in hoa không nhòe và rõ ràng Ngoài ra còn dùng làm vải không thấm nước

3 Ứng dụng trong công nghiệp giấy

Alginate hồ lên giấy làm cho giấy bóng, dai, không gẫy, mức độ khô nhanh, viết trơn, giấy hồ Alginate Natri còn làm tăng tính chịu nóng, do đó còn làm nguyên liệu để

chế giấy chống cháy.

Ngoài ra Alginate Natri còn làm chất kết dính trong mực in

4 Ứng dụng trong tơ nhân tạo

Dung dịch Alginate Natri nếu phun qua những lỗ nhỏ vào muối kim loại hóa trị II hay axit thì hình thành sợi tơ Qua nghiên cứu người ta thấy rằng tơ nhân tạo Alginate tương đối bền

5 Ứng dụng trong y học và dược học

Trong Y học Alginate được dùng làm chất trị bệnh nhiễm phóng xạ vì khi người bệnh

ăn Alginate Natri thì nó kết hợp với Stronti rồi thải ra ngoài Hiệu suất chữa bệnh khá cao

Alginate Natri làm tăng hiệu quả chữa bệnh của penicillin vì khi có mặt Alginate Natri sẽ làm cho penicillin tồn tại lâu hơn trong máu

Trong công nghệ bào chế thuốc Alginate Natri được sử dụng làm chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc thuốc, làm chất phụ gia chế các loại thức ăn kiêng

Trong nha khoa dùng axit Alginic thay thạch cao để làm khuôn răng, nó giữ được hình răng chính xác

6 Trong công nghệ mỹ phẩm

Cho Alginate vào hỗn hợp nước và mỡ, nó sẽ làm nước và mỡ trộn đều một cách ổn định Ví dụ: kem đánh răng gồm glycerin xà phòng, bột mùi … được trộn thành dạng nhũtương ổn định

Alginate là chất làm nền cho phấn, sáp, nước hoa, xà phòng, giữ mùi thơm cho nước hoa xà phòng (PGA)

Làm vecni và xi, không cần đánh bóng vì cho Alginate Natri vào dung dịch amoniac, khi amoniac bay hơi sẽ để lại trên nền một lớp màng bảo vệ có độ bóng cao

7 Ứng dụng trong một số lĩnh vực khác

Alginate dùng làm chất tạo đông, với điều kiện nhiệt độ 200C, dung dịch Alginate nồng độ 1% có độ nhớt 1500(3000 centipoise, trong đó cồn dán (gồm Arabic) có độ nhớt nhỏ hơn 30 centipoise

Trong xây dựng tạo cấu trúc ximăng, vữa, làm gỗ không thấm nước, sản xuất que hàn

có chất lượng cao, làm ổn định sơn

Alginate dùng làm phim có độ nhạy cao, dùng sản xuất thuốc cứu hỏa, vải chịu lửa vì

nó làm tăng khả năng bắt dính lên vật cháy

tăng hiệu lực thuốc trừ sâu Dùng trộn lẫn mủ cao su latex để sản xuất cao su dẻo dai, mặt

xi măng và nhiều loại sơn

Dùng làm chất kết từ và chất kết dính trong công nghiệp sản xuất giấy hoa dán tường,

gỗ tổng hợp Khi trộn với Gelatin, Alginate làm giảm điểm nóng chảy của Gelatin nên nóđược dùng làm phim ảnh, kết hợp với các ion kim loại cho các sản phẩm có độ bền cao Kết hợp với cellulose tạo các chất cách điện, với propylen – glycol tạo các loại sơn, chất giữ mùi

Dùng làm chất thuộc da.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy Alginate được chiết tách từ rong Mơ, hoàn toàn có khả năng thay thế CMC (Cacboxyl – Metyl – Cellulose), làm phụ gia cho xi măng ở các giếng khoan dầu mỏ

VI SẢN XUẤT KEO ALGINATE

Ưu nhược điểm:

 Ưu điểm: Làm tăng hiệu suất và chất lượng đáng kể dồng thời không cần

bổ sung formol khi một lý do nào đó công nghệ bị chậm trễ

 Làm mềm cellulose của cây rong.

 Acid có tác dụng hòa tan các thành phần phi Alginate chủ yếu chất màu và các chất khác

 Tăng hiệu suất tách chiết, giảm thời gian nấu

Alginic được giải phóng sẽ dễ dàng tương tác với kiềm hóa trị I để tạo muối kiềm

I hòa tan trong công đoạn nấu và tách ra

HAlg + Na + → NaAlg + H+

Thường dung HCl, H2SO4 xử lý thì phản ứng tách Ca xảy ra như sau:

[(C5H7O4COO)2Ca]n + 2nHCl → 2C5H7O4COOH + nCaCl2

[(C5H7O4COO)2Ca]n + nH2SO4 → 2C5H7O4COOH + nCaSO4

Ưu nhược điểm:

 Ưu điểm: Tách được triệt để các khoáng ra khỏi polymer của Alginate tạo

trình xử lý phù hợp thì phương pháp này có đóng góp rất tốt vào hiệu suất cũng như chất lượng của Alginate rất tốt.

 Nhược điểm: Thử nghiệm với từng loại rong để tìm ra biện pháp thích hợp

1.3 Xử lý bằng CaCl 2 0,1%:

Mục đích:

 Làm mềm cellulose và khử khoáng Ca2+, Mg2+ nhẹ nhàng

 Bảo vệ keo rong

 Tác dụng cố định chất màu trên màng cellulose của cây rong làm dịch nấu trong và sang

Phản ứng diễn ra khi xử lý rong qua CaCl2:

CaCl2 + H2O → Ca(OH)2 + HCl

Ca++ + H+ + Cl

-Mg(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 môi trường, dễ thực hiện

 Nhược điểm: Qúa trình khử khoáng không mạnh mẽ, tác dụng của nó gần như formol Sử dụng phương pháp này để thay thế formol đồng thời nên kếthợp với phương pháp xử lý acid là rất tốt Vì vừa cố định chất màu và vừa tách khoáng

2 Quá trình nấu tách Alginic

2.1 Nguyên lý:

Cho Alginic phản ứng với kiềm Na hoặc K để chuyển về dạng tan