Gel – từ tiếng Latinh gelu (đá, đông cứng, lạnh) hoặc từ chữ gelatus (đóng băng, cố định) là một trạng thái vật chất của một hệ keo có môi trường phân tán ở thể rắn và chất phân tán ở thể lỏng (ở một số nơi người ta còn gọi gel là dung dịch keo đặc )
1 Khái niệm phụ gia tạo gel Gel – từ tiếng Latinh gelu (đá, đông cứng, lạnh) từ chữ gelatus (đóng băng, cố định) trạng thái vật chất hệ keo có mơi trường phân tán thể rắn chất phân tán thể lỏng (ở số nơi người ta gọi gel dung dịch keo đặc ) Nguồn cung cấp phụ gia tạo geo công nghiệp Nguồn gốc Phụ gia tạo gel -Từ thực vật: cellulose, pectin, tinh bột - Nhựa cây: gum arabic, gum karaya, gum ghatti, Thực vật gum tragacanth - Hạt: guar gum, locust bean gum, tara gum, tamarind gum - Konjac Mannan Động vật Gelatin, caseinate, huyết sữa, chitosan Vi khuẩn Xanthan gum, curdlan, dextran, gellan gum, cellulose CMC (Carboxymetylcellulose) Tảo -Tảo đỏ: agar, carrageenan -Tảo nâu: alginate Các yếu tố ảnh hưởng khả tạo gel Liên kết phân tử, cấu trúc phân tử điện tích phân tử Ngồi phụ thuộc vào nhiệt độ, pH có mặt yếu tố khác dung dịch Một số phụ gia tạo geo tiêu biểu 4.1Chất tạo gel có nguồn gốc thực vật 4.1.1 Pectin Pectin thành phần có tự nhiên bên quả, hình thành thuỷ phân protopectin trình chín chưa chín nấu lên Pectin hút nước dễ tan nước, không tan ethanol Cơ chế tạo gel pectin Q trình tạo gel pectin diễn theo quy trình lạnh hai cách: - Trộn syrup đường - pectin có hàm lượng chất khơ hịa tan từ 60- 65%, pH = 3,84,2 với dịch trái để đạt pH = - Trộn dung dịch pectin có pH = 2,9 lượng chất khơ hịa tan 25% với syrup đường để thu hỗn hợp có hàm lượng chất khơ 23% Ứng dụng - Trong sản xuất mứt trái mứt đông, pectin tạo cấu trúc cho mứt đông mứt trái để sản phẩm vận chuyển không thay đổi cấu trúc, tạo mùi vị thơm ngon cho sản phẩm giảm đến tối đa phân rã - Trong công nghiệp chế biến sữa: Phân tử pectin liên kết với protein tích điện (+), chúng khơng bị đơng lại gia nhiệt, đó, giúp protein sữa yoghurt khơng bị đơng tụ nhiệt độ, tiệt trùng UHT - Trong công nghệ sản xuất bánh nướng: Pectin táo có vai trị đặc biệt quan trọng công nghệ sản xuất bánh - Trong sản xuất kẹo mềm: hàm lượng pectin dùng để sản xuất kẹo mềm hoa 1% so với sản phẩmpectin; 1-1,5% acid citric acid lactic - Trong công nghiệp sản xuất nước giải khát: phân tử pectin dài dễ vướng vào nhau, pectin cải thiện cấu trúc nước uống có hàm lượng đường thấp, giúp ổn định độ đục sản phẩm - Trong chế tạo màng bao bì ăn được: màng thu cách đem nhúng sản phẩm vào dung dịch pectin methoxyl thấp hay natri pectat sau nhúng vào dung dịch calci chlorua 4.1.2.Tinh bột Tinh bột thực vật tạo tự nhiên quả, củ như: ngũ cốc, có củ, 4.1.2.1.Cấu tạo tinh bột Tinh bột hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccharide khác nhau: amylose amylopectin Tỉ lệ amylose/amylopectin xấp xỉ 1/4 ➢ Thành phần cấu trúc amylose Amylose polysaccharide mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-4000 đơn vị glucose, liên kết liên kết α-1,4 glycoside Amylose có chứa từ 300 – 3000 đơn vị glucose ➢ Thành phần cấu trúc amylopectin Amylopectin polysaccharide mạch nhánh, ngồi mạch có liên kết α-1,4 glycoside cịn có nhánh liên kết với mạch liên kết α-1,6 glycoside Mối liên kết nhánh làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài chuỗi mạch nhánh khoảng 25-30 đơn vị glucose Phân tử amylopectin chứa từ 300.000 – 3.000.000 đơn vị glucose Amylopectin không tan nước 4.1.2 Tinh bột biến tính Tinh bột biến tính tinh bột qua xử lý biện pháp vật lý hóa học để điều chỉnh tính chất tinh bột thành dạng phù hợp với yêu cầu sử dụng ➢ Một số ứng dụng tinh bột biến tính • Ứng dụng tinh bột biến hình phương pháp acid làm chất ổn định sữa chua: bên cạnh khả tạo gel, chất làm ổn định, tinh bột biến tính acid cịn có khả tan dễ dàng nước ấm, phụ gia quan trọng để sản xuất sản phẩm hòa tan cà phê, bột trái cây, bột sữa chua, bột đậu nành loại trà uống khác • Ứng dụng tinh bột biến tính theo phương pháp oxy hóa sản xuất bánh phồng tơm: Một số ứng dụng quan trọng tinh bột biến tính oxy hóa tạo độ dịn, độ xốp cho sản phẩm Một số chất phụ gia có nguồn gốc tinh bột 4.1.3 Guar gum Guar gum có tính chất nhũ hố tốt, đặc biệt thích hợp cho hệ thống nhũ tương dầu nước, sử dụng rộng rãi chất ổn định hương vị nhũ tương Nó có đặc tính tạo màng tốt, sử dụng làm màng bao mỏng giúp giữ hương vị cho thực phẩm ngăn chặn q trình oxy hóa Guar gum chiết xuất từ hạt guar Guar gum polysaccharide bao gồm galactose mannose Trong trục mannose, mannose thứ hai lại có kết nối với galactose qua liên kết β1-4 mannose 1-6 galactose Trong công nghiệp thực phẩm, guar gum chất ổn định nhũ tương tự nhiên, chất làm đặc, chất đình tượng kết dính cục bộ, chất tạo màng, đánh bóng bề mặt… Trong công nghiệp sản xuất chocolate sản phẩm sữa, guar gum sử dụng chất làm dày Guar gum sử dụng công nghiệp sản xuất bánh, góp phần vào trương nở khối bột nhào Trong sản xuất loại sản phẩm sữa chua, phomai mềm, kefir, sữa đặc guar gum giúp trì tính đồng kết cấu khối kem Trong sản phẩm thịt xúc xích góp phần tăng tính kết dính cho khối sản phẩm 4.2 Chất tạo gel có nguồn gốc động vật 4.2.1 Gelatin Gelatin polypeptid cao phân tử thu nhận từ collagen mô liên kết động vật, bao gồm xương, da gân Phân tử gelatin bao gồm: - 85 – 90% protein - 0,5 – 2% muối khoáng - – 13% nước Cấu trúc gelatin Gelatin chất rắn dạng miếng, vảy, bột hạt, không mùi, không vị, suốt, có màu từ vàng nhạt đến màu trắng nhiệt độ thường độ ẩm thường, gelatin chứa từ 912% ẩm có tỉ trọng riêng từ 1,3-1,4 Gelatin trương nở cho vào nước Gel gelatin Tan chảy 27-34O C có khuynh hướng tan miệng -> tính chất ứng dụng nhiều thực phẩm ❖ Ứng dụng: ✓ Trong công nghệ sản xuất bánh kẹo: lĩnh vực mà gelatin ứng dụng nhiều Sử dụng bánh kẹo với tỷ lệ – 9%, sản xuất bánh, mứt 1,5-2,5% ✓ Trong công nghiệp sản xuất sữa sản phẩm từ sữa: sử dụng phụ gia tạo cấu trúc, tạo bọt, giữ mùi trái ✓ Trong sản xuất kem: tạo cấu trúc mềm mại, ngăn q trình tách lỏng làm đơng lạnh kem ✓ Trong công nghiệp sản xuất nước giải khát: làm tác nhân tinh cho sản phẩm, nâng cao thời gian bảo quản sản phẩm ✓ Trong công nghiệp sản xuất thịt: tạo cấu trúc thông qua khả tạo gel khả nhũ hóa Trong thịt cần sử dụng khoảng 2-3% gelatin ✓ Trong dược phẩm: gelatin nguyên liệu quan trọng dùng để bao viên bao nang mềm ✓ Trong tạo màng thực phẩm: chống lại chất oxy hóa, biến màu, xâm nhập vi sinh vật 4.3 Chất tạo gel có nguồn gốc vi khuẩn 4.3.1 Xanthan gum -Là loại polysaccharide ngoại bào tổng hợp loài Xanthomonas campestris -Trong nước lạnh, Xanthan gum hịa tan dễ dàng, hình thành nên dung dịch có độ nhớt cao nồng độ thấp( khoảng 1% w/w) =>>Xanthan gum có tính chất chất tạo độ nhớt cho hầu hết dạng thực phẩm dạng lỏng gọi ‘‘chất giả dẻo” (pseudoplastic) -Xanthan gum chứa D – gulcose D – manose đường hexose chủ yếu Ngồi cịn có acid D – glucuronic, acid pyruvic ●Một số ứng dụng thực phẩm Xanthan gum -Nước sốt salad -Xanthan gum có khả làm ổn định hệ nhũ tương dầu/nước khoảng thời gian lưu trữ dài(kéo dài tới năm) Đồng thời làm dễ dàng cho trình sản xuất trộn, bơm, rót tạo cho sản phẩm cuối dễ chảy -Vì Xanthan gum có độ nhớt tính giả dẻo cao nên có nhiều lợi ứng dụng + Sự ổn định nhũ thương làm Xanthan gum nên không bị ảnh hưởng pH(khoảng 3,5 nước sốt salad), muối(khoảng 15% sốt barbecue) hay xử lý nhiệt(UHT, trùng) +Xanthan gum tạo độ nhớt đồng nhiệt độ khoảng – 75°C, điều tạo cho sản phẩm có cấu trúc ổn định tốt điều kiện bảo quản khác -Xanthan gum có khả kết dính tốt gia vị, gia vị với rau sản phẩm -Mức độ sử dụng Xanthan gum phụ thược vào: +Thành phần nhiều dầu(50% – 60%): khoảng 0,2 – 0,3% +Thành phần có dầu trung bình(30%): khoảng 0,3 – 0,4% +Thành phần có dầu ít(10 – 20%): khoảng 0,4 – 0,6% ☆Nước sốt thịt sốt rau -Với nồng độ thấp, Xanthan gum tạo độ nhớt lớn cho loại sốt Trong sản phẩm này, độ nhớt trì qua thay đổi nhiệt độ rộng ổn định với thay đổi thành phần khác -Nước sốt làm ổn định Xanthan gum đặc biệt ổn định với rã đơng xử lý lị vi sóng Tính giả dẻo cao Xanthan gum tạo cho sản phẩm cách mềm mại miệng phóng thích mùi tốt -Vì nhiều sản phẩm có chứa tinh bột nên Xanthan gum sử dụng thành phần bổ sung hữu hiệu ☆Sản phẩm sữa -Trong sản phẩm sữa, Xanthan gum kết hợp với chất keo khác như: carrageenan, guar gum, locust bean gum =>>Tác dụng xủa xanthan gum ổn dịn cần thiết cải tiến số cấu trúc Một lượng nhỏ xanthan gum với carrageenan gel sữa làm giảm độ cứng tách lỏng khỏi gel -Trong ứng dụng này, lượng sử dụng khoảng 0,05 – 0,2% tùy thuộc vào hệ thống gel sử dụng cấu trúc yêu cầu ☆Sản phẩm kem -Giá trị ứng suất cao xanthan gum tạo ổn định tốt lỗ xốp sản phẩm khuấy trộn, khuấy đảo dễ dàng tính chất giả dẻo xanthan gum -Bên cạnh đó, có xanthan gum kết hợp xanthan gum với locust bean gum ổn định kem khuấy trì chí tiếp xúc thành phần thực phẩm khác việc thêm bột nở ☆Các sản phẩm nướng -Với tính chất giả dẻo xanthan gum, vận hành trình đảo bột bơm, nhào, vô khuôn dễ dàng cho lượng nhỏ xanthan gum cho vào thành phần sản phẩm -Với tính chất giữ nước nó, xanthan gum ngăn chặn vón cục suốt q trình nhào, cải thiện đồng bột nhào, nữa, làm giảm nước nướng lưu trữ sản phẩm cuối ☆Các syrup dịch trái -Xanthan gum sử dụng syrup chocolate để trì hạt cacao dạng hyền phù Trong ứng dụng đặc biệt này, xanthan gum với lượng nhỏ(khoảng 0,05 – 0,1%) cho vào để thu ổn định tốt không làm ảnh hưởng cấu trúc sản phẩm -Sự đa dạng tính chất xanthan gum điều kiện khác làm trở thành sản phẩm có tác động đầy đủ nước trái 4.3.2 Dextran -Môt số gum thực phẩm sản phẩm tổng hợp sinh học vi khuẩn Vd: gum dextran gum xanthan -Một vài sinh vật sản xuất dextran sinh cật mang tính tính thương mại cao Leuconostoc mesenteroides L dextranicum -Vì khác biệt phân tử, số dextran tan nước, số khác khơng tan nước -Dextran thường sử dụng công nghiệp làm bánh kẹo, đó: + cải thiênn giữ độ ẩm, độ nhớt kiềm chế kết tinh đường +trong kẹo dẻo mứt, hoạt động nhân tố tạo keo làm +trong kem ăn, chất chống kết tinh +trong nhân bánh pudding, đêm lại độ cứng tạo cảm giác mềm mại miệng 4.3.3 CMC (carboxymethylcellulose) -Cellulose sản phẩm tạo thành từ vi khuẩn Gluconacetobacter hansenii(hay gọi Acetobacter xylinus) -Carboxymethylcellulose(CMC): chế phẩm dạng bột trắng thu tác dụng Carboxymethylnatri( - CH2 – COONa )với nhóm hydroxyl nhóm cellulose, có phân tử lượng từ 40.000 – 200.000 -CMC dễ phân tán nước lạnh, nước nóng rượu Muối natri CMC chất tạo đơng, co khả tạo đông thành khối vững với độ ẩm cao(tới 98%) +Ngưỡng dử dụng: ADI – 25 mg/kg +Liều lượng sử dụng: 25 mg/kg thể trọng +Các chế phẩm có tính chất CMC: methylcellulose, hydromethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose ●Phương pháp sử dụng -Độ tốc độ tạo đông phụ thuộc vào nồng độ CMC, độ nhớt dung dịch lượng nhóm acetat thêm vào để tạo đông -Nồng độ tối thiểu để CMC tạo động 0,2% nhóm acetat 7% so với CMC -Người ta sử dụng CMC tác nhân tạo gel, làm dày, làm phồng, làm ổn định, làm chậm kết tinh đường sản phẩm bích quy, sữa, thịt, đồ hộp, mì ăn liền ●Độ hịa tan -CMC hòa tan nước, sucrose, chlorua natri ethanol Hịa tan dầu thực vật glycol propylene -Độ hòa tan giảm trọng lượng phân tử nồng độ ngày tăng, độ methyl hóa giảm -Độ tan pH=4 ●Ứng dụng CMC ☆Trong sản xuất kem sản phẩm loại ☆Trong công nghệ sản xuất nước uống ☆Trong sản xuất bánh kẹo sản phẩm từ tinh bột ☆Trong sản xuất dạng nước sốt =>>Nhìn chung, CMC hợp chất có vai trị quan trọng cơng nghiệp thực phẩm, việc phát triển cải thiện tính chất CMC góp phần quan trọng việc phát triển cơng nghiệp sản xuất thực phẩm 4.4 Chất tạo gel có nguồn gốc tảo 4.4.1 Agar-Agar - Agar – Agar, thường gọi agar - Agar có dạng bột màu trắng hay vàng nhạt, khơng mùi có mùi nhẹ đặc trưng, không vị Agar không tan nước lạnh, tan ethanol tan nước nóng .4.4.1.1 Khả tạo gel Q trình tạo gel xảy làm lạnh dung dịch agar Agar có khả tạo gel mạnh q trình tạo gel xảy nồng độ 0,04%, gel tạo thành có độ bền cao Gel agar có tính thuận nghịch nhiệt Dung dịch agar tạo gel nhiệt độ khoảng 32-40°C tan chảy nhiệt độ khoảng 80-85°C Phối hợp hạt đậu locust (locust bean gum) (0,1-0,2%) với gum cho chất lượng gel tốt Hàm lượng đường tác động đến cấu trúc agar, tăng lượng đường làm agar cứng hơn, giảm độ kết dính 4.4.1.2 ứng dụng Agar Trong sản phẩm yoghurt, sữa chocolate, ngành bánh kẹo, 4.4.2 Carrageenan Carrageenan chiết xuất từ tảo biển Có ba loại carrageenan sản xuất: Kappa: tạo gel chắc, có mặt ion kali, thường sử dụng cho sản phẩm từ sữa Được sản xuất chủ yếu từ tảo Eucheuma cottonii Iota: tạo gel mềm, có diện ion calci Được sản xuất chủ yếu từ tảo Eucheuma spinosum Lambda: không tạo gel, có diện ion natri Được sản xuất chủ yếu từ tảo Gigartina trồng Nam Mỹ Giống : polysaccharide có khối lượng phần tử lớn, tạo galactose 3,6 anhydrogalactose (3,6- AG), có loại có gốc sulfite khơng có gốc sulfite Khác : số lượng vị trí nhóm ester với sulfate lập lại phân tử galactose Tính phổ biến carrageenan thể bốn đặc điểm sau: Tham gia chất tạo đông số sản phẩm như: kem, sữa, bơ, mát Có thể thay đổi kết cấu sản phẩm với tính chất hóa lý, học mong muốn, tạo sản phẩm đơng đặc có độ bền dai Giúp ổn định tỉnh thể sản phẩm bánh, kẹo, ngăn chặn đường nước đá bị kết tinh Ứng dụng carrageenan Sữa nóng có chứa carrageenan làm lạnh tạo gel, giữ cho nhũ tương sữa với nước bền vững, không bị phân lớp Mức độ tạo gel carrageenan với sữa khác nhau: K- carrageenan carrageenan không tan `trong sữa lạnh, Âm carrageenan tan sữa lạnh Trong công nghiệp chế biến thịt, carrageenan giúp tăng kết cấu sản phẩm – khiến sản phẩm dễ cắt lát, tăng cảm giác ngon miệng; Bảo quản thực phẩm, làm tăng độ cứng giò, tinh bột ức chế phát triển vị sinh vật sản phẩm mà giữ màu sắc mùi vị sản phẩm 4.4.3 Alginate Alginate chiết xuất từ tảo nâu Alginate sử dụng nhiều sản xuất kem, socola, mayonnaise, bánh, tráng miệng vai trò chất ổn định kem đá tính chất như: ngăn cản hạn chế tạo thành tinh thể đá suốt q trình đơng, ức chế hoàn toàn tạo thành tinh thể lactose, nhũ hóa cầu béo, tạo gel có khả giữ nước tốt Natri alginate: Là chất ổn định kem, thay tỉnh bột carrageenan, natri alginate ngăn tạo thành tỉnh thể đá làm tăng thêm mùi vị cho sản phẩm Nhũ hóa chất béo; làm bền bọt; tạo độ nhớt cho kem; tạo gel; làm cho kem không bị tan chảy, Natri alginate hợp phần tạo kết cấu cho nhiều thực phẩm, chất "độc", làm "dày"để ổn định bọt tạo cho nước đục “thể” đặc biệt Hydrat hóa Natri alginate cải thiện độ dai cho sản phẩm mì ăn liền Nó điều chỉnh hương vị, nâng cao điểm nóng chảy sản phẩm Natri alginate phù hợp với loại sản phẩm gel.Vì thêm vào sản phẩm lạnh sản phẩm thủ công Sử dụng đặc tính đặc biệt để ứng dụng việc tạo màng bao cho sản phẩm trái cây, thịt tảoSản phẩm thị trường sử dụng alginate là: phô mai Vinamilk, kem Vinamilk Kali alginate Kali alginate sử dụng rộng rãi thực phẩm chất ổn định, làm đặc chất nhũ hóa, tạo gel Calci alginate Calci alginate sử dụng cho việc cố định enzyme Calci alginate dùng chất làm đặc để sản xuất thực phẩm ăn Amonium alginate Có chức chất làm ổn định, làm đặc sử dụng nhiều làm chất độn bánh mì Propylen glycol alginate (PGA) PGA có chức đặc biệt việc tạo bọt, làm đặc, nhũ hóa, làm ổn định thành phần thực phẩm sử dụng sản xuất nước ép, bia, salad dressing, làm chất nhũ hóa, acid protein drinks, mỹ phẩm, gia vị PGA sử dụng hiệu phổ biến việc giúp làm bền bọt bia PGA đạt tốc độ cao ester hóa tốt cho q trình bảo quản tồn trữ bia