Tổng quan về nước bọt giả

Tổng quan về nước bọt giả

Chương 1

NƯỚC BỌT CON NGƯỜI

I Thành phần nước bọt con người

Hàng ngày, con người tiết ra khoảng 1.5 lít nước bọt và pH thông thường của nó

là kiềm nhẹ ( 7.4 )

Nước bọt con người là một chất lỏng phức tạp được tiết bởi những tuyến nước bọt chính và phụ Ba tuyến nước bọt chính là tuyến mang tai, tuyến dưới lưỡi, dưới hàm dưới Chỉ 1% nước bọt được tạo thành từ các thành phần ion và hữu cơ, phần còn lại là nước Chất hữu cơ nước bọt bao gồm glycoprotein, enzyme, những chất chống vi trùng và những chất điện phân Bên cạnh những glycoprotein, như là chất nhầy, nó chứa những enzyme tiêu hóa như lipase, amylase, … Những hợp chất khác như là lactoferrin, cystatin, histatin, ion thiocyanate, globulin miễn dịch, lipid có cực

và trung tính

1 Thành phần vô cơ

Cation quan trọng nhất của nước bọt là natri và kali Anion có hoạt tính thẩm thấu chính là chloride và bicarbonate Các chất điện giải khác bao gồm calci, phosphate, fluor, thiocyanate, magne, iod,…

Bảng1: Thành phần điện giải của nước bọt tuyến dưới hàm

Nước bọtIon Nghỉ ngơi ( mM ) Kích thích ( mM )

mô Theo nguồn gốc, protein nước bọt được phân thành hai loại: protein nội sinh ( do

tế bào tuyến nước bọt tổng hợp ) và protein ngoại sinh ( xuất phát từ huyết tương )

2.1 Các enzyme trong nước bọt

a) Enzyme tiêu hóa

 α-amylase (ptyaline)

Là thành phần hữu cơ có nồng độ cao nhất trong nước bọt, chiếm gần 30% lượng protein trong nước bọt Enzyme này có nguồn gốc chủ yếu từ tuyến mang tai, tuyến dưới hàm chỉ tạo ra khoảng 20% amylase nước bọt, còn tuyến dưới lưỡi cũng như tuyến nước bọt phụ chỉ cho một lượng rất nhỏ Nồng độ amylase nước bọt tăng theo lưu lượng tiết

Amylase tấn công liên kết α (1-4) để thủy phân tinh bột cho ra nhiều sản phẩm khác nhau: maltose, một ít glucose, vài dextrin Mặc dù pH thích hợp nhất đối với amylase nước bọt là 7, nhưng khi đến dạ dày amylase nước bọt vẫn tiếp tục tác dụng

vì chúng được bảo vệ bên trong viên thức ăn

 Lipase

Do tuyến nước bọt lưỡi tiết ra và có vai trò quan trọng trong việc tiêu hóa Lipase lưỡi

là enzyme chịu trách nhiệm trong bước đầu tiên của quá trình tiêu hóa lipid và có tác dụng ở pH dạ dày

 Kallicrein

Là enzyme thủy phân các kininogen (những globulin huyết tương hay mô) tạo ra kinin là một peptide Các kinin tham gia điều hòa một số hoạt động sinh lý như viêm, dãn mạch…

b) Enzyme kháng khuẩn

 Lactoferrin

Lactoferin là một glycoprotein chịu nhiệt liên kết với sắt, được tìm thấy trong tuyến nước bọt và sữa Người ta tìm thấy nó trong sữa bò cái, nhưng đó là một thành phần nổi bật trong dịch tiết niêm mạc và nó có trong gần như mọi chất lỏng thân thể Phân tử này với trọng lượng phân tử là 77 000 Đalton, có ái lực rất cao với sắt và khả năng liên kết với sắt Lactoferin được coi là một protein đa chức năng hay đa nhiệm vụ.

Chúng có khả năng gắn kết với ion Fe3+, vì thế một số vi khuẩn miệng mất đi thành phần quan trọng này Do đó lactoferrin có tác dụng ức chế sự tăng trưởng vi khuẩn Tuy nhiên một số vi khuẩn có khả năng cạnh tranh với lactoferrin để giành lấy sắt

Hầu hết chức năng sinh học của Lactoferin liên quan đến vai trò quan trọng của sắt Lactoferin có ái lực rất cao với sắt Bằng chứng cho thấy rằng lactoferin có một chức năng trong hệ thống bảo vệ sơ cấp Những chức năng sinh học của lactoferin được tổng kết như sau:

- Hoạt tính kháng vi sinh vật, chống vi rút và diệt ký sinh trùng

- Điều chỉnh sự hấp thụ sắt trong ruột

- Kích thích tăng trưởng của những dòng tế bào khác nhau

- Điều khiển những phản ứng chống lại sự viêm tấy

- Hoạt tính chống oxi hóa (để dừng phản ứng Haber- Weis)

 Lactoperoxidase

Lactoperoxidase là enzyme nhiều nhất trong sữa và hầu hết được tìm thấy chỉ riêng trong huyết thanh sữa sau quy trình sản xuất phô mai Lactoperoxidase có thể hoạt động hỗ trợ với lactoferin và lysozyme Lactoperoxidases tự mình không có hoạt động kháng vi sinh vật, nhưng trong sự có mặt của những đồng nhân tố đặc biệt chúng cấu thành một hệ thống bảo vệ quan trọng trong dung dịch lỏng Những đồng nhân tố này là hydrogen peroxide H2O2 Và dẫn xuất halogen tùy thuộc vào tính đặc thù của enzyme

Lactoperoxidase xúc tác phản ứng oxy hóa giữa thiocyanate (SCN-) và hydrogen peroxide (do vi khuẩn sinh ra) tạo thành hypothiocyanite (OSCN-) có tác dụng ức chế

sự tăng trưởng của nhiều vi khuẩn Mặt khác hydrogen peroxide là chất có thể gây độc cho tế bào Như vậy, lactoperoxidase và thiocyanate còn có tác dụng giúp bảo vệ tuyến nước bọt và niêm mạc miệng khỏi độc tính của hydrogen peroxide

Cơ chế bảo vệ này đóng một vai trò chủ chốt trong việc bảo vệ màng niêm mạc chống lại xâm nhập của vi khuẩn.

 Lysozyme

 Cấu tạo

Lysozyme là một protein base được cấu tạo bởi một chuỗi polypeptid duy nhất gồm 129 acid amin với một trọng lượng phân tử xấp xỉ 14.000 Đalton Lysozyme có trong hầu hết các dịch tiết của cơ thể như sữa mẹ, nước mắt, nước bọt,…Trong nước bọt lysozyme chiếm gần 10% protein toàn phần, nước bọt tuyến dưới hàm chứa nhiều lysozyme hơn tuyến mang tai

 Chức năng

Lysozyme có tác dụng thủy phân peptidoglycan của vách tế bào vi khuẩn bằng cách cắt đứt liên kết 1-4 glycoside giữa acid N-acetylmuramic (NAM) và N-acetylglucosamin (NAG) phản ứng này sẽ phá hoại hoàn toàn thành phần cấu tạo nên thành tế bào vi khuẩn và tiêu diệt vi khuẩn Nhiều loài vi khuẩn đề kháng tác dụng phân giải của lysozyme

Hoạt tính của Lysosyme trong miệng đã được chỉ ra là có những hiệu ứng kích thích miễn dịch

Lysosyme có một hiệu quả hỗ trợ với lactoferin

c) Các enzyme khác

Nói chung các enzyme nước bọt xuất phát từ vi khuẩn, tuyến nước bọt, dịch nướu,

tế bào bạch cầu, tế bào biểu mô và thức ăn Vi khuẩn là nguồn gốc chủ yếu của urease, lactate dehydrogenase, desaminase, catalase, collagenase, protease,…ở nước bọt tinh khiết ( nhất là nước bọt mang tai) có thể nhận thấy các hoạt tính carbonic

Glucose + O2

Glucose oxidase ( GOD )

H2O2 + SCN + Lactoperoxidase

OSCN+

anhydrase, phosphatase acid, β-glucuronidase, aldolase, cholinesterase, esterase, succinate dehydrogenase, transaminase, galactosyl transferase,…

2.2 Mucous glycoprotein ( mucins)

 Cấu tạo

Là những phân tử trọng lượng cao bao gồm nhiều chuỗi oligosaccharide gắn trên một lõi peptid thông qua liên kết O-glycosid giữa N-acetyl galactosamin và nhóm –OH của serin hoặc threonin Chuỗi bên oligosaccharide thường tận cùng bằng gốc acid sialic, mà nhóm carboxyl của acid này (pK=2.6) hoàn toàn ion hóa ở pH sinh lý nên tích điện âm mạnh khiến cho các chuỗi oligosaccharide đẩy nhau làm cho phân tử

có dạng trục Điều này giải thích tính nhớt của glycoprotein Acid sialic có thể bị cắt

đi khỏi phân tử bởi enzyme neuramidase (sialidase) do vi khuẩn hay virus tạo ra

Protein base giàu prolin có trọng lượng phân tử khoảng 36 500 Trong thành phần, ngoài hàm lượng lớn prolin còn có một lượng đáng kể các acid amin acid được amin hóa (ví dụ như glutamin, asparagin)

Protein acid giàu prolin bao gồm bốn phosphoprotein chính có liên quan chặt chẽ với nhau được đánh dấu PRP1-4 Tổng nồng độ trong nước bọt toàn phần khoảng

8 mg/100ml PRP1 và 2 có trọng lượng phân tử khoảng 16 300, trong khi PRP3 và 4

có trọng lượng phân tử khoảng 11 000, tất cả đều có chứa 2 gốc phosphoserin trong mỗi phân tử Hầu hết có cùng chuỗi acid amin từ 1 đến 106, PRP1 và PRP2 có trọng lượng phân tử lớn hơn do sự kéo dài từ acid amin 107 đến 150 Điều này cho thấy những peptid nhỏ hơn có thể xuất phát từ những peptid lớn hơn do cắt đứt liên kết peptid giữa acid amin 107 và 107

 Chức năng

Các phosphoprotein acid giàu prolin tích điện mạnh và có cấu trúc bất đối xứng, điều này liên quan đến chức năng sinh học của chúng Cùng với statherin, các protein acid giàu prolin giúp ngăn cản sự tăng trưởng tinh thể phosphate calci từ nước bọt quá bão hòa Gần như tất cả các phần tích điện âm (bao gồm cả hai nhóm

nằm ở phần còn lại của phân tử, chủ yếu bao gồm các gốc kỵ nước Các protein này gắn kết ion calci và được hấp phụ bởi hydroxyapatide, do đó ức chế sự tăng trưởng tinh thể Nếu hai nhóm phosphate serin bị lấy đi thì khả năng ức chế giảm mạnh Cũng chính khả năng gắn kết với hydroxyapatide của các protein acid giàu prolin cho phép nước bọt duy trì tình trạng quá bão hòa.

2.4 Protein giàu tyrosin (statherin)

Giống với protein giàu prolin, peptid này có khả năng ức chế sự tăng trưởng tinh thể, đây là một phosphoprotein giàu tyrosin chứa 43 acid amin với trọng lượng phân tử 5380 Statherin có tính bất đối xứng rõ nét giống như protein giàu prolin nhưng đầu N tận cùng chứa phosphoserin tích điện âm chỉ có 5 acid amin và phần còn lại của phân tử chủ yếu chứa các gốc kỵ nước và không tích điện Hexapeptid phía N tận có thể phân lập được, chúng gắn kết với hydroxyapatide nhưng khả năng ức chế khoảng một phần mười khả năng ức chế của phân tử đầy đủ, vì thế phần còn lại của phân tử phải có vai trò trong cơ chế ức chế

II Chức năng của nước bọt

Nước bọt liên quan đến hai chức năng chính của cơ thể là chức năng dinh dưỡng

và chức năng bảo vệ

1 Chức năng dinh dưỡng

 Cảm nhận vị giác: nước bọt có tác dụng như dung môi cho phép sự tương

tác giữa thức ăn với các gai vị giác

 Bôi trơn: nước bọt bao quanh viên thức ăn giúp cho sự nuốt dễ dàng nhờ

chất làm trơn mucin có trong nước bọt

 Tiêu hóa: do có sự hiện diện enzyme amylase, thức ăn tinh bột được thủy

phân Ngoài ra, enzyme lipase giúp tiêu hóa lipid

 Bài xuất: Nhiều phân tử tự nhiên (hormone, rượu) hay tổng hợp (dược

phẩm) có thể được bài xuất trong nước bọt Tuy nhiên con đường bài xuất này không hữu hiệu vì các chất bài xuất trong nước bọt hiếm khi được nhổ đi mà thường được tái hấp thu ở ruột non rồi tái sử dụng hay chuyển hóa

 Cân bằng nước: tuyến nước bọt là một phần của hệ thống điều hòa cho

phép duy trì mức nước tối ưu trong cơ thể Sự khát bắt nguồn từ cảm giác khô miệng

do giảm lưu lượng nước bọt khi nghỉ ngơi dẫn đến hoạt hóa các thụ thể nhận cảm trong nhận biết (thụ thể thẩm thấu) dẫn đến hormone chống lợi niệu (giảm bài xuất nước và tăng nhu cầu nước

mạc với nhau Nước bọt bao phủ niêm mạc giúp bảo vệ chống lại các kích thích cơ, nhiệt và hóa học.

Chất nhầy và những chất điện phân trong nước bọt giữ cho niêm mạc miệng trong trạng thái hydrat hóa của nó, và vì vậy giữ cho niêm mạc được nguyên vẹn

 Dự trữ ion: nước bọt quá bão hòa với các ion tạo thuận lợi cho sự tái

khoáng hóa của răng

 Kháng khuẩn:

Hoạt động kháng vi trùng của nước bọt là nhờ vào sự có mặt của lactoferrin, globulin miễn dịch, cystatin, histatin, và ion thiocyanate Những cơ chế kháng khuẩn đặc hiệu (ví dụ IgA tiết) và không đặc hiệu (ví dụ lysozyme, lactoperoxidase, lactoferrin) giúp kiểm soát hệ vi khuẩn môi trường miệng

 Ngưng kết: ngưng tập và thúc đẩy sự đào thải vi khuẩn.

Hình thành màng bám răng: được hình thành từ các protein nước bọt, màng bám răng bảo vệ răng bằng nhiều cách: làm trơn răng, tránh mài mòn quá mức, chống

sự xâm nhập acid vào men răng giúp giảm mất khoáng và ngăn cản sự xâm nhập của

vi khuẩn

 Sửa chữa: nước bọt cũng có vai trò trong tiến trình sửa chữa mô mềm nhờ

sự hiện diện của các yếu tố kích thích sự lành thương, đặc biệt là yếu tố tăng trưởng biểu mô (EGF), và nhờ vào khả năng thúc đẩy quá trình đông máu

Những chất thay thế nước bọt hiện nay dùng để thay thế một số chức năng như bôi trơn và bảo vệ của nước bọt tự nhiên Chúng không được sử dụng để thay thế cho những hoạt động có xúc tác enzyme và liên quan đến tiêu hóa.

Những chất thay thế nước bọt phải gần như nước bọt tự nhiên về thành phần cũng như những tính chất lý sinh

II Phân loại

Dựa vào chất tạo gel ta có hai loại nước bọt nhân tạo

 Nước bọt dựa trên chất tạo gel là xanthan gum

Xialine, một chất thay thế nước bọt có nguồn gốc sinh học tự nhiên, được sử dụng trong những bệnh nhân mắc chứng khô miệng do chiếu bức xạ

 Nước bọt dựa trên chất làm đặc là carboxymethylcellulose (CMC)

- Glandosane, Xerolube, Orex, Saliment, Oralube và Saliveze

 Nước bọt chứa những chất nhầy tự nhiên

Chất thay thế nước bọt Saliva Orthana, chứa những chất nhầy tự nhiên, cụ thể là chất nhầy thuộc dạ dày lợn và chất nhầy ở hàm dưới bò

III Thành phần

Bảng 3 Thành phần của nước bọt nhân tạo Glandosane

Mỗi dung dịch 100ml chứa:

Potassium monohydrogen phosphate K2HPO4 g 0.0171

Bảng 4 Thành phần cấu tạo của nước bọt nhân tạo

Thành phần nước bọt nhân tạo Xialine 1

( g/l)

Xialine 2( g/l )

Saliveze( g/l )

Dipotassium hydrogen orthophosphate 0.13 0.13 0.80

Potassium dihydrogen orthophosphate K K 0.30

Thành phần enzyme kháng khuẩnEnzyme Lactoperoxidase Glucose oxidase Lactoferrin Lysozyme

xuất bởi Xanthomonas campestris NRRL B-1459 Nó có những thuộc tính mà cho

phép nó cạnh tranh với những chất gum tự nhiên Sự sản xuất xanthan gum bắt đầu năm 1960 ở USA Ngày nay có 4 nhà cung cấp chính trên toàn thế giới và một số nhà sản xuất nhỏ ở Nhật Bản, Châu Âu và USA

Những thuận lợi khi sử dụng xanthan gum: sự sản xuất và tiêu thụ không phụ thuộc những nhân tố bên ngoài như là thời tiết, chất lượng đồng nhất, và hiệu suất tạo cấu trúc được đảm bảo Trong nhiều nước, xanthan gum được công nhận là một phụ

của GMP Xanthan gum được phê chuẩn ở Mỹ từ năm 1969 và ở Châu Âu từ năm 1974.

b) Cấu trúc

Cấu trúc chủ yếu của phân tử xanthan gum gồm một mạch chính của liên kết 1,4 β-D-glucose ( giống như cellulose ) với mạch nhánh chứa 2 mannose, một acid glucuronic và một phân tử acid pyruvic (Hình 1) Những mạch nhánh này chiếm một

tỷ lệ rất lớn trong phân tử ( khoảng 60% ) và đem đến cho xanthan gum nhiều những tính chất đặc trưng Xanthan gum có trọng lượng phân tử cao khoảng 2 500 000, có khả năng phân tán thấp Polyme này hydrat hóa hoàn toàn ngay cả trong nước lạnh nhưng quá trình diễn ra chậm

Cấu trúc thứ hai và thứ ba không tiêu biểu như cấu trúc thứ nhất Bằng những nghiên cứu sử dụng sự nhiễu xạ qua tia X trên cấu trúc xanthan, hình dạng phân tử xanthan gum được mô tả như hình xoắn ốc với bước xoắn là 4,7 nm ( 0,94 nm cho mỗi cột disaccharide ( theo Moorhouse và cộng sự năm 1977 ) (Hình 2) Trong cấu trúc này, phân tử có thể ổn định thông qua liên kết hydro Moorhouse và cộng sự cũng đề xuất rằng những đại phân tử này trong dung dịch nên được xem như là những vòng xoắn cứng Những tác giả này không loại bỏ hiện tượng vòng xoắn kép hay vòng xoắn ba Milas và cộng sự năm 1995, dựa trên những thí nghiệm phân tán nơtron góc nhỏ, đề xuất một cấu trúc xoắn kép cục bộ, trong khi đó sự nghiên cứu bằng kính hiển vi ( theo Wilkin và cộng sự năm 1993, Kirby và cộng sự năm 1995 ) đem đến nhiều kết quả còn đang tranh luận

Xanthan trong dung dịch phải trải qua một sự thay đổi hình dạng dưới tác động của nhiệt độ Điều này cho thấy rằng xanthan gum từ một trạng thái có trật tự cứng đến một trạng thái mất trật tự thích ứng hơn(Hình 3).

Milas và Rinaudo ( 1984, 1986 ) chỉ ra rằng xanthan có thể có hai hình dạng sắp xếp có trật tự: một hình dạng A tự nhiên và một hình dạng B tái tự nhiên Hình dạng B có trọng lượng phân tử giống như dạng tự nhiên nhưng độ nhớt cao hơn ở cùng nồng độ Sự chuyển từ dạng tự nhiên sang dạng biến tính là không thuận nghịch, trong khi đó sự chuyển từ dạng tái tự nhiên sang dạng biến tính thì thuận nghịch Nhiệt độ chuyển phụ thuộc những yếu tố khác nhau như là nồng độ gum và nồng độ ion và cũng biến đổi với lượng acid acetic và pyruvic của những đại phân tử xanthan

Sự chuyển đổi hình dạng này có thể được đo bởi những kỹ thuật phân tích khác nhau như là phép quay quang học, phép đo nhiệt lượng, phép lưỡng hướng sắc vòng và phép đo độ nhớt Kỹ thuật thực tế được sử dụng nhiều nhất là phép quay quang học

Nhiệt độ chuyển đổi ở những nồng độ thấp ( 0.1-0.3% ) trong nước cất thì nhìn chung là gần 40oC Trong sự có mặt một lượng nhỏ của muối và ở những nồng

độ thường được dùng trong thực phẩm thì sự chuyển đổi nhiệt xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiều, nhìn chung là trên 90oC (Hình 4)

c) Tính chất

 Những tính chất lưu biến

Dung dịch xanthan có độ nhớt rất cao thậm chí ở những nồng độ thấp, và tính tạo hình giả rất mạnh không có dấu hiệu của hiện tượng sol-gel thuận nghịch ( Whitcomb và Macosko, 1978 ) Những tính chất này là do cấu tạo giống hình que rất cứng của xanthan trong dung dịch và trọng lượng phân tử cao của nó

Trong hình 5, đường cong lưu lượng của dung dịch xanthan ở những nồng độ khác nhau Tất cả dung dịch đều cho thấy một độ nhớt rất cao ở những tốc độ chuyển dịch thấp và đặc tính giả dẻo rất mạnh tăng với nồng độ Điều này đem đến những thuận lợi khác nhau: như là độ nhớt giảm khi tăng tốc độ chuyển dịch, sản phẩm trở nên dễ rót, trộn hoặc bơm Và những tính chất có thể cảm nhận bằng cảm quan của sản phẩm thực phẩm thì bị ảnh hưởng ( Tốc độ biến dạng trong miệng khoảng 50 s-

1 )

Những thuộc tính làm đặc của xanthan được so sánh với những chất gum thực phẩm khác được minh họa trong hình 6 Độ nhớt giảm khi tốc độ chuyển dịch tăng cho thấy giá trị độ hòa tan của xanthan luôn luôn lớn, đặc biệt là ở những nồng độ thấp Tính năng tạo màng mỏng của dung dịch xanthan nhiều hơn những gum khác Điều này dẫn đến hình dạng bán cứng của polyme xanthan Hình dạng này nhạy cảm nhiều hơn so với hình dạng cuộn ngẫu nhiên

Nét đặc trưng của dung dịch xanthan gum là tính dẻo nhớt của nó mà đem lại giá trị ứng biến dẻo ngay cả ở những nồng độ thấp Giá trị ứng biến dẻo là ứng suất biến dạng thấp nhất làm cho dung dịch có thể chảy được Giá trị ứng biến dẻo do sự cấu tạo của một mạng liên kết yếu trong dung dịch (Hình 7) Đây là kết quả sự tương tác giữa những đại phân tử xanthan với nhau nhưng mạng này không phải là gel thật

sự bởi vì những sự tương tác này không lâu dài và biến dạng thuận nghịch toàn bộ

Giá trị ứng biến dẻo khó đo được bởi vì để đo được thì phải làm việc ở tốc độ chuyển dịch rất thấp, và thông thường giá trị này được ngoại suy với những mô hình lưu biến khác nhau, chẳng hạn như là những kết quả của Bingham và Herschel-Buckley 1986 Trong bảng 3 người ta chỉ ra rõ ràng là xanthan là gum duy nhất biểu thị giá trị ứng biến dẻo đáng kể ở những nồng độ thấp Điều này giải thích cho khả

năng của dung dịch xanthan làm ổn định những dung dịch phân tán như hệ nhũ tương hay huyền phù

Bảng 5: Giá trị ứng biến dẻo (mPa) của hydrocolloid ở những nồng độ khác

nhau trong dung dịch KCL 1%

Cấu trúc thứ hai của phân tử xanthan mà những mạch phụ được bao phủ xung quanh bởi cột cellulosegiải thích cho khả năng chống chịu khác thường của gum này đối với sự thoái biến gây ra bởi acid hay base, nhiệt độ cao, sự đông lạnh, sự rã đông, enzyme và sự trộn kéo dài.

 Acid và base

Dung dịch xanthan ổn định trên một phổ rộng pH Trong hình 9, chỉ có những điều kiện pH rất cao ( trên 11) và rất thấp ( dưới 2.5 ) thì mới ảnh hưởng đến sự ổn định của dung dịch Sự ổn định này phụ thuộc vào nồng độ gum Nồng độ càng cao thì dung dịch càng ổn định Xanthan có thể được sử dụng trong những hỗn hợp có chứa acid acetic, citric hoặc phosphoric

 Nhiệt độ

Độ nhớt của dung dịch xanthan chỉ bị ảnh hưởng nhẹ bởi sự gia tăng nhiệt độ từ

10 đến 90oC trong sự có mặt của muối bởi vì muối sẽ làm tăng sự ổn định nhiệt (Hình 10) Tính chất này hơi khác thường giữa những chất gum Trong những sản phẩm thực phẩm quá trình tiệt trùng như là 120oC trong 30 phút là rất phổ biến Trong hình

11, sự ổn định của những dung dịch gum khác được so sánh với xanthan gum Đối với xanthan gum trên 90% độ nhớt ban đầu được giữ lại trong khi guar, alginate và CMC giảm độ nhớt nhiều hơn

 Enzyme

Xanthan chịu đựng tốt với sự thoái biến do enzyme Nó có thể được sử dụng trong

sự có mặt của nhiều enzyme phổ biến như amylase, pectinase và cellulose, dù cho chúng bắt nguồn từ nguyên liệu thô ban đầu hay được thêm vào một cách đặc biệt trong suốt quá trình chế biến

 Quá trình rã đông và xử lý bằng vi sóng

Xử lý bằng vi sóng thì trực tiếp, nhanh và sự nóng lên có lựa chọn Trong nhiều trường hợp, thậm chí những sản phẩm đã được ổn định xử lý bằng vi sóng gây ra sự phân chia ẩm trong thành phẩm đặc biệt là khi quá trình rã đông diễn ra Vì vậy những thực phẩm có thể xử lý bằng vi sóng càng cần phải được ổn định, đặc biệt là với một chất gum ổn định vi sóng

Hình 11 So sánh sự ổn định nhiệt của những dung dịch chứa các hydrocolloid khác nhau ở 0.6% trong NaCl 2.5% được đốt nóng ở 120oC trong 50 phút

HT: heat treatmentCMC:Carboxymethylcellulose

Dung dịch xanthan gum giữ cho tất cả độ nhớt của nó sau khi rã đông trong lò vi

ba, ngay cả ở những nồng độ thấp (Hình 12)

 Khả năng tương thích

Xanthan thì tương thích với nhiều thành phần thực phẩm như acid, muối, chất làm đặc ( bột mì, carrageenan, dẫn xuất cellulose, gelatin và alginate) và protein như protein của sữa nếu hệ thống này được xử lý nhiệt hoặc acid

Xanthan thì tương thích với muối ở nồng độ cao: ở nồng độ gum khoảng 0.4

%, độ nhớt không bị ảnh hưởng bởi chất điện phân, nhưng ở nồng độ khoảng 1% thì

có sự gia tăng đáng kể độ nhớt nếu có mặt muối Xanthan cũng được sử dụng ở những dung dịch có nồng độ đường cao ( trên 60% ) Ở cùng một nồng độ xanthan gum độ nhớt tăng tỷ lệ thuận với lượng đường (Hình 13)

Hình 12 Sự ổn định của xanthan gum trong dung dịch NaCl 1%

khi rã đông bằng vi sóng

- Hiệu quả của sự phân tán

- Kích thước của phân tử gum

- Những thành phần khác của dung dịch

Sự ảnh hưởng của những tham số này được cho bên dưới: trong những đường cong tương ứng, phần trăm sự hydrat hóa ( độ nhớt ở thời điểm t / độ nhớt cuối cùng ) được cho như là một hàm số của thời gian dưới những điều kiện thí nghiệm khác nhau cho dung dịch xanthan gum 0.5%

Sự biến đổi của tốc độ khuấy trộn (Hình 14): một tốc độ khuấy trộn cao hơn đẩy mạnh sự phân tán và làm ngắn thời gian hydrat hóa

Sự biến đổi của kích thước các hạt phân tử (Hình 15) dưới những điều kiện phân tán trước tốt: một nguyên liệu có nền tốt thì hydrat hóa nhanh hơn khi bị phân tán

Sự biến đổi của lượng muối ( NaCl) (Hình 16) Sự có mặt của muối làm giảm tốc độ hydrat hóa

Sự biến đổi của lượng đường (Hình 17): sự hydrathóa hầu như không thay đổi

ở nồng độ đường trên 40%, trong khi đó sự hydrat hóa chậm hơn ở nồng độ đường cao hơn

Những bước pha chế dung dịch xanthan tương đối đơn giản:

1 Sử dụng cánh khuấy tốc độ cao ( 1500 rpm ) nếu có thể và rải chậm xanthan trên bề mặt của cơn xoáy

2 Nếu có thể phân tán xanthan với thành phần khác của hỗn hợp như là:

Một chất lỏng không có nước, như là dầu thực vật hoặc rượu etylic, mà xanthan không hydrat hóa trong đó

Những thành phần chất khô khác, như đường và bột mì

Ví dụ, với món nước xốt ăn với salad, sự hydrat hóa cũng đạt được vì trộn bột xanthan gum những thành phần khô khác ( đường, muối ) hoặc do sự phân tán gum trong dầu thực vật

Trong công nghiệp, sự phân tán nhanh chóng có thể chủ yếu là do:

1 Những cái phễu phân tán, như hình 19: nước xông xuyên qua ống Ventury của chất phân tán và kéo xanthan từ phễu vào nước nhờ cơ cấu chân không

2 Ưu điểm của hệ thống quy trình liên tục này là sản xuất ra dung dịch keo không cần nhốt không khí vào và có lượng vật liệu đưa vào quá trình cao Pha lỏng và rắn được trộn lại với nhau trong một khoang cyclone (tổng lượng đo được), và sau đó được phân tán và hydrat hóa hoàn toàn trong một khu vực chảy thành dòng

1.2 Carboxymethylcellulose ( CMC )

a) Cấu trúc và thu nhận

Sản xuất CMC bằng cách xử lý gỗ (sợi hóa học hoặc bột gỗ) với dung dịch Natri hydrôxit và monochloroacetic acid hay natri monochloroacetat theo cơ chế phản ứng ete hóa của Williamson:

Cell – OH + NaOH + ClCH2COONa Cell – OCH2COONa + NaCl + H2OPhản ứng phụ sinh ra natri glycolate:

ClCH2COONa + NaOH HOCH2COONa + NaCl

Có thể sử dụng este của monochloroacetic như là isopropyl este (Taguchi và Ohmiya, 1985) Những mảnh cellulose có thể được ngâm trong dịch kiềm và thêm natri monochloroacetic vào trước khi phản ứng ở 50- 70oC Như một sự lựa chọn, một phản ứng bùn than với cellulose đã được cắt hoặc xé vụn có thể được kiểm soát trong một chất trơ, chất làm loãng có thể trộn lẫn với nước như là t – butyl alcohol, isopropanol hay acetone Kết thúc phản ứng kiềm dư được trung hòa và sản phẩm thô được rửa với hỗn hợp alcohol hoặc acetone và nước Hỗn hợp này sẽ hòa tan natri clorua và natri glycolate nhưng không phải CMC (Klug và Tinsley, 1950) Có những

kỹ thuật tinh chế sản phẩm đạt độ tinh khiết 94 – 99% Cellulose gum được sử dụng nhiều trong thực phẩm đạt độ tinh khiết tối thiểu là 99.5%

CMC thượng mại có DS từ 0.4 – 1.4, nhưng DS có thể cao hơn đối với những sản phẩm đặc biệt CMC có DS dưới 0.4 thì không tan được trong nước CMC điển hình dùng trong thực phẩm có DS từ 0.65 – 0.95 FDA định nghĩa cellulose gum là muối natri của CMC, không ít hơn 99.5% trên khối lượng chất khô căn bản, với một

DS tối đa là 0.95 và tối thiểu là 2%, độ nhớt là 25 mPas ở 25oC (HÌnh 4.9)

cẩn thận cellulose cung cấp hoặc bằng cách dùng hydrogen peroxide oxy hóa làm rã sản phẩm thô để thu được những loại có độ nhớt thấp.

Dung dịch 1% độ nhớt cao trên 100 mPas có DP trên 3200 và trọng lượng phân tử trên 700 000 Dung dịch 2% có độ nhớt thấp hơn 50 mPas có DP khoảng 400

và trọng lượng phân tử dưới 100 000

 Hoạt tính bề mặt

Trái với MC, MHPC và HPC, CMC có hoạt tính bề mặt cao Sức căng bề mặt của dung dịch CMC 1% DS 0.7 là 710 μN/cm ở 25oC so với nước tinh khiết là 740 μN/cm Lý do quan trọng nhất khiến CMC được sử dụng nhiều trong thực phẩm là sự

ổn định của nó khi liên kết với nước Bằng cách đó chống lại sự tách do co (sự tách tự phát chất lỏng khỏi gel hoặc thể keo lơ lửng do sự co của gel)