nghiên cứu sản xuất carrageenan từ rong sụn kappaphycus alvarrezii (doty) doty bằng phương pháp sử dụng enzym viscozyme l

Nhưng các công trình nghiên cứu đều sử dụng hóa chất để xử lý rong do vậy chất thải từ quá trình sản xuất gây ô nhiễm môi trường.. Mục tiêu của đề tài: sử dụng enzyme viscozyme L thay th

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này

Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, phòng Đào tạo Đại học, Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm lời cảm

ơn, niềm tự hào đã được học tập tại trường trong những năm qua

Lòng biết ơn chân thành xin được giành cho thầy TS Vũ Ngọc Bội - Trưởng khoa Công nghệ Thực phẩm, đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian em thực hiện đề tài vừa qua

Xin chân thành biết ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm đã giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quí báu trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Nha Trang để em làm hành trang sau này

Xin cảm ơn các thầy cô giáo ở các phòng thí nghiệm của Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học, phòng thí nghiệm Hóa sinh-Vi sinh, Trung tâm thực hành thí nghiệm, Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực tập

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thành viên trong gia đình, các bạn cùng làm thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ em thực hiện đề tài

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG I 7

TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME VISCOZYME L 7

1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN 7

1.1.1 Giới thiệu về rong sụn 7

1.1.2 Đặc điểm sinh học của rong sụn 8

1.1.3 Thời vụ trồng rong sụn 9

1.1.4 Thành phần hóa học của rong sụn 9

1.1.5 Ứng dụng của rong sụn 11

1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN 12

1.2.1 Giới thiệu về carrageenan 12

1.2.2 Cấu tạo và phân loại carrageenan 13

1.2.3 Một số tính chất của carrageenan 15

1.2.4 Ứng dụng của carrageenan 21

1.3 TỔNG QUAN VỀ ENZYM VISCOZYME L 23

1.4 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CARRAGEENAN 24

1.5 MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 26

1.5.1 Một số phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết 26

1.5.2 Kỹ thuật nấu chiết carrageenan 27

1.5.3 Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan 29

CHƯƠNG II 32

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 32

2.1.1 Rong nguyên liệu 32

2.1.2 Enzyme VISCOZYME L 32

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.2.1 Các phương pháp phân tích 32

2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 35

2.2.2.1 Quy trình dự kiến 35

2.2.2.2 Bố trí thí nghiệm 38

2.3 DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 43

2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 43

CHƯƠNG III 44

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ENZYME VISCOZYME L 44

3.1.1 Xác định nồng độ enzyme trong công đoạn xử lý 44

3.1.2 Xác định nhiệt độ xử lí enzyme 47

3.1.3 Xác định tỉ lệ nước nấu/rong trong công đoạn nấu chiết 49

3.1.4 Xác định thời gian nấu thích hợp 53

3.1.5 Xác định pH thích hợp 56

3.2 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 60

3.3 SẢN XUẤT THỬ SẢN PHẨM VÀ TÍNH CHI PHÍ NGUYÊN VẬT LIỆU CHO SẢN PHẨM··· 62

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 64

1 KẾT LUẬN 64

2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 64

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hình ảnh rong sụn tươi 7

Hình 1.2 Hình ảnh rong sụn khô 7

Hình 1.3 Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D – galactose pyranose và α – D –galactose pyranos 13

Hình 1.4 Cấu tạo của k – carrageenan 14

Hình 1.5 Cấu tạo của I –carrageenan 14

Hình 1.6 Cấu tạo của λ – carrageenan 15

Hình 1.7 Mô hình phản ứng giữa Carrageenan và Protein 16

Hình 1.8 Quá trình tạo gel đông của Carrageenan 18

Hình 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến hiệu suất thu nhận carrageenan 44

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến sức đông của carrageenan 45

Hình 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến độ nhớt của carrageenan 45 Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến hiệu suất thu nhận

carrageenan Error! Bookmark not defined

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến sức đông của carrageenan

Error! Bookmark not defined

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến độ nhớt của carrageenan

Error! Bookmark not defined

Hình 3.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến hiệu suất thu carrageenan

Error! Bookmark not defined

Hình 3.8 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến sức đông của carrageenan

Error! Bookmark not defined

Hình 3.9 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến độ nhớt của carrageenan

Error! Bookmark not defined

Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian nấu đến hiệu suất thu nhận carrageenan 54 _Toc298331636

Hình 3.11 Ảnh hưởng của thời gian nấu đến sức đông của carrageenan Error! Bookmark not defined

Hình 3.12 Ảnh hưởng của thời gian nấu đến độ nhớt của carrageenan 55 Hình 3.13 Ảnh hường của pH nấu chiết đến hiệu suất thu nhận carrageenan 57 Hình 3.14 Ảnh hường của pH nấu chiết đến sức đông của carrageenan 57 Hình 3.15 Ảnh hường của pH nấu chiết đến độ nhớt carrageenan 58 Hình 3.16 Hình ảnh về sản phẩm carrageenan dạng sợi 653

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của rong sụn 10 Bảng 1.2 Hàm lượng amino acid của rong sụn 11 Bảng 1.3 Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau 19

MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nước nhiệt đới, có bờ biển dài hơn 3200 km với trên 1 triệu km2 thềm lục địa là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nuôi trồng thủy sản trong đó phải kể đến các loại rong quý có giá trị kinh

tế cao Hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam đã tuyển chọn, di nhập một

số loại rong mới để nuôi trồng thử nghiệm và phát triển thành nghề mới cho ngư dân nhằm khai thác tiềm năng mặt nước biển và đa dạng hóa nguồn nguyên liệu thuỷ sản Trong số các loài rong mới được du nhập và phát triển tại Việt Nam trong những năm trở lại đây, rong sụn

(Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty) là loại rong có giá trị kinh tế cao đã

nhanh chóng thích nghi và phát triển tốt ở nhiều vùng biển tại Việt Nam Hiện rong sụn được nuôi nuôi trồng và phát triển thành một nghề của ngư dân các tỉnh như Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Kiên Giang

Rong sụn là nguyên liệu để sản xuất carrageenan một loại polysaccarid được biết và sử dụng từ thế kỷ XVI Ngày nay, carrageenan được nhiều nước sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghệ sinh học, y dược,… Nhờ có phổ ứng dụng rộng rãi nên nhu cầu carrageenan trên thế giới rất lớn và hàng năm nhu cầu này ngày càng tăng Đã có nhiều công trình nghiên cứu tách chiết carrageenan từ rong sụn Nhưng các công trình nghiên cứu đều

sử dụng hóa chất để xử lý rong do vậy chất thải từ quá trình sản xuất gây

ô nhiễm môi trường

Viscozyme L là enzyme có khả năng thủy phân cellulose vì thế nếu

sử dụng enzyme này để phá hủy lớp vách tế bào thực vật bằng cellulose

có thể giúp cho việc thu nhận carrageenan dễ dàng hơn, lượng hóa chất

sử dụng ít hơn thậm chí có thể không cần sử dụng hóa chất Xuất phát từ

thực tế này, em được khoa Chế biến giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu

sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarrezii(Doty) Doty

bằng phương pháp sử dụng enzym Viscozyme L”

Mục tiêu của đề tài: sử dụng enzyme viscozyme L thay thế hóa

chất để xử lý rong sụn trong quá trình sản xuất carrageenan

Nội dung của đề tài:

1) Tìm hiểu tình hình nghiên cứu carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty tại Việt Nam;

2) Xác định một số điều kiên thích hợp cho việc sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty bằng phương pháp sử dụng enzyme Viscozyme L;

3) Sơ bộ đề xuất quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty bằng phương pháp sử dụng enzyme viscozyme L;

Do thời gian, kinh phí và kiến thức có hạn nên báo cáo này không tránh khỏi những hạn chế Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME

VISCOZYME L

1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN

1.1.1 Giới thiệu về rong sụn

Rong sụn thuộc ngành: Rhodophyta, Lớp: Rhodophyceae, Phân lớp:

Florideophycide, Bộ: Gigartinales, Họ: Areschougiaceae, Giống: Kappaphycus, Loài: alvarezii

Hình 1.1 Hình ảnh rong sụn tươi

Hình 1.2 Hình ảnh rong sụn khô

Macxxell Doty là người đầu tiên tìm thấy rong sụn ở vùng biển Philippines vào năm 1972 Người có công thu nhận mẫu cùng với ông là Alvarezii Do vậy Macxxell Doty đặt tên rong này là Euchuma alvarezii

Doty Khi phân tích thành phần hóa học của loại rong này ông đã đổi tên Euchuma alvarezii Doty thành Kappaphycus alvarezii Sau đó ông cùng với các nhà nghiên cứu tại trường đại học Hawaii bắt đầu nghiên cứu phát triễn phương pháp nuôi trồng rong sụn ở Hawaii Từ đó, rong sụn nuôi trồng và phát triễn rộng rãi ở nhiều nước như Indonesia, Malaysia,

Ấn Độ, Việt Nam …

1.1.2 Đặc điểm sinh học của rong sụn

Rong sụn là loài rong nhập nội có đặc tính giòn, dễ gẫy khi tươi Vì vậy các nhà khoa học tại phân viện khoa học vật liệu Nha Trang đã thống nhất đặt tên Việt Nam cho loại rong này là rong sụn

Rong sụn có thân hình trụ tròn, đường kính thân chính có thể đạt tới 20mm Từ trọng lượng 100g ban đầu sau một năm rong sụn tưng trưởng thành bụi rong, nặng 14 – 16 kg Rong sụn chia nhánh rậm rạp, kiểu tự

do không theo quy luật Khi đang sinh trưởng trong nước biển có màu xanh nâu, thân giòn, dễ gẫy Khi khô thành sợi cứng như sừng, có màu vàng nâu

Nhiệt độ thích hợp nhất cho sự sinh trưởng và phát triễn của rong sụn là từ 25 – 28oC Nhiệt độ cao hơn 30oC và thấp hơn 20oC sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng của rong Nếu nhiệt độ thấp hơn 15 – 18oC thì rong sẽ ngừng phát triễn

Rong sụn là loài ưa mặn, chúng chỉ sinh trưởng và phát triễn tốt ở nơi có độ mặn cao (28 – 32 ‰) ở độ mặn thấp (18 – 20 ‰) rong chỉ có thể tồn tại thời gian ngắn (5 – 7 ngày) và nếu kéo dài nhiều ngày rong sẽ ngừng phát triễn có hiện tượng đứt gẫy và dẫn đến tàn lụi

Rong sụn thuộc ngành rong đỏ Rhodophyta có chứa sắc tố chlorophyll và phycobline nên rong sụn chỉ thích nghi với ánh sang có

bước song ngắn với cường độ ánh sáng không cao từ 12000 – 50000 lux Ánh sáng quá cao hoặc quá thấp thì đều ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triễn của rong sụn

Rong sụn phát triễn tốt ở vùng nước thường xuyên trao đổi và luân chuyển Đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ sự sinh trưởng

và phát triễn cũng như chất lượng của rong

Rong sụn và đa số các loài rong có mùi tanh đặc trưng, mùi của rong sụn là yếu tố phức tạp được cấu thành bởi nhiều yếu tố trong đó có

sự tham gia đáng kể của bihenic acid, là loại acid do vi khuẩn sống trên thân cây rong sinh ra Các vi khuẩn này có rất nhiều trong nước biển Để khử mùi cho rong sụn, người ta có thể phơi rửa rong nhiều lần bằng nước sạch hoặc ngâm trong nước gạo, dấm ăn, nước trà…

1.1.3 Thời vụ trồng rong sụn

Có hai mùa trồng chính là:

+ Mùa chính ở các tỉnh Trung Bộ (từ Đà Nẵng đến Bình Thuận) thường từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau Ở các tỉnh Nam Bộ thường từ tháng 6 đến tháng 3 năm sau

+ Mùa phụ: Ở các tỉnh Trung Bộ thường từ tháng 4 đến tháng 9, ở các tỉnh Nam Bộ thường từ tháng 4 đến tháng 6

Thời gian trồng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường và mùa khí hậu của từng vùng trồng Người ta thường thu hoạch rong sau khi trồng từ 2 đến 3 tháng

1.1.4 Thành phần hóa học của rong sụn

Thành phần chính của rong sụn là carrageenan Hàm lượng carrageenan có thể chiếm đến 40% trọng lượng khô của rong Trong đó carrageenan tan chiếm khoảng 33% và carrageenan không tan chiếm 7

% Thành phần hóa học cơ bản của rong sụn nguyên liệu thu hoạch ở biển, phơi nắng đến độ ẩm khoảng 20 % rửa sạch bằng nước sinh hoạt và sấy khô ở 40 – 50oC để đạt trở lại độ ẩm 19 – 20% thể hiện ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của rong sụn

Thành

phần

Hàm lượng

Đơn vị tính

Thành phần

Hàm lượng

Đơn vị tính

lượng như: Mo, Fe, Cu, Mg, Zn, Ca, Na, K và các chất phi kim loại như

I, S, P đây là các chất cần thiết cho cơ thể con người

Trong rong sụn hàm lượng tổng protein đạt khoảng 3% chất khô, có thể nói là cao hơn so với các loại rau quả khác Protein của rong sụn có giá trị dinh dưỡng cao do có chứa 11 amino acid với hàm lượng khá cao bao gồm 5 amino acid không thay thế thể hiện ở bảng 1.2 Vì vậy, có thể nói nguyên liệu rong sụn là nguồn nguyên liệu thực phẩm giàu dinh dưỡng và không gây độc hại

Bảng 1.2 Hàm lượng amino acid của rong sụn

Amino acid Hàm lượng

trong một số lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, trong một số ngành công nghiệp khác

Ngoài ra sử dụng rong sụn có khả năng giảm cholesterol trong máu Cuộc sống ngày nay ai cũng sợ các sản phẩm giàu cholesterol, nguyên nhân gây nên bênh béo phì Vậy nên các thực phẩm có hàm lượng calo thấp nhưng vẫn đảm bảo ngon miệng như rong biển đang rất được ưa chuộng các gia đình nên sử dụng các món canh rong biển trong thực đơn hàng ngày của mình

Các sản phẩm làm từ rong sụn: Các món thạch, Carrageenan, Trà

rong biển, Mứt, Kẹo, Rong sụn dầm dấm, Siro từ rong sụn

1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN

1.2.1 Giới thiệu về carrageenan

Carrgeenan là một loại polysaccharide của galactose tìm thấy trong

các loài rong đỏ như là: Chondrus, Gigartina, Euchuma, Furcellaria,

phyllophora, từ những năm 1837 Stanford (1862) đã đặt tên loại

polysaccharide được chiết bằng nước từ loại chondrus crispus là

“carrageenin” Việc tinh sạch chúng bằng phương pháp kết tủa cồn đã được thực hiện vào năm 1871 Tên gọi “carrageenan”được đề nghị và được Ủy Ban danh pháp thuật ngữ carbohydrate của hội hóa học Mỹ thông qua Nhưng việc sản xuất carrageenan chỉ thực sự quan tâm trong nhưng năm thập niện 1930 khi một số công ty ở bờ biển phía tây nước

Mỹ phát hiện ra carrageenan có độ nhớt cao và có khả năng tạo gel Hiện nay, các nước sản xuất carrageenan chủ yếu là: Mỹ, Đan Mạch, Pháp, Nhật, Tây Ban Nha, Trung Quốc, Hàn Quốc, Brazil, Philippines, …

Carrageenan có tính chất giống như agar, ngày nay được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm Do khả năng ứng dụng của carrageenan trong lĩnh vực chế biến sữa và công nghệ sinh học tốt hơn agar nên việc sản xuất carrageenan tăng lên khá nhanh và gần đây đã vượt qua agar Sản lượng carrageenan hàng năm trên thế giới khoảng 15.000 tấn Trong đó, Trung Quốc chiếm khoảng 600 tấn

1.2.2 Cấu tạo và phân loại carrageenan

Carageenan là một polymer mạch thẳng, chứa khoảng 25.000 phân

tử galactose, với liên kết luân phiên của β – D –galactose pyranose qua liên kết 1,3 và α – D –galactose pyranose qua liên kết 1,4

Hình 1.3 Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D – galactose pyranose và α – D –galactose pyranos

Phân loại carrageenan

Carrageenan có thành phần chính là các ester sulphate của galactose

và 3,6 – Anhydro galactose Carrageenan có nhiều cấu trúc khác nhau nhưng chúng chỉ khác nhau ở mức độ sulphate hóa và vị trí sulphate hóa, mức độ hydrat hóa

k-carrageenan: Là một polymer mạch ngắn xen kẽ giữa D –

Galactose – 4 sunphate và 3,6 – Anhydro – D – Galactose Cấu trúc phân

tử là vòng xoắn kép bậc 3 Tính chất quan trọng nhất của k – carrageenan

là sức tạo gel cao và tương tác mạnh với protein sữa

Hình 1.4 Cấu tạo của k – carrageenan

I – carrageenan: Cấu tạo giống với k – carrageenan nhưng gốc 3,6

– Anhydro – D – Galactose lại ở vị trí cacbon thứ 2 và lượng sulphate nhiều hơn Cấu trúc phân tử xoắn kép bậc 2 Gel của I – carrageenan có

tính đàn hồi

Hình 1.5 Cấu tạo của I –carrageenan

λ – carrageenan: Là một loại carrageenan có mức sulphate cao Trong phân tử các đơn vị monomeric được xen kẽ với nhau, các đơn vị D – galactose

– 2 – sulphate (1,3) và D – galactose 2,6 – disulphate λ – carrageenan có khối

phân tử cao và mạch dài hơn k – carrageenan λ – carrageenan không tạo gel

Hình 1.6 Cấu tạo của λ – carrageenan 1.2.3 Một số tính chất của carrageenan

Tính chất hóa học của carrageenan trước là do các nhóm sulphate tạo nên, đây là ion anion mạnh, có thể so sánh với sulfuric aicd

về độ phân ly Các carrageenan chứa gốc acid tự do thường không bền

và do vậy các carrageenan thương mại thường ở dạng muối của K+, Ca2+hoặc là hỗn hợp của hai muối này

 Tương tác giữa carrageenan với protein

Đây là một trong những tính chất quan trọng của carrageenan và cũng

là đặc trưng cho tất cả các chất tạo gel cũng như các chất không tạo gel

là xuất hiện phản ứng với protein Phản ứng này xảy ra nhờ các cation có mặt trong các nhóm protein tích điện tác dụng với nhóm sulphate mang điện âm của carrageenan và có tính quyết định đến độ bền cơ học của gel.Carrageenan liên kết với Protein qua gốc amin mang điện tích dương khi pH nằm dưới điểm đẳng điện Trên điểm đẳng điện của Protein, liên

kết giữa Protein và Carrageenan được hình thành thông qua cầu nối Ca2+hoặc các cation thay thế

Trong môi trường axit yếu, Carrageenan chuyển thành axit Carrageenic (ROSO3H) Trong môi trường kiềm: Môi trường có tác dụng khá mạnh và làm thay đổi cấu tạo của Carrageenan Dưới tác dụng của môi trường kiềm, nhóm –OSO3- bị khử dần, tùy thuộc vào mức độ khử mà tạo nên cấu trúc khác nhau và cho ra các loại Carrageenan khác nhau

Vì vậy trong công nghiệp sữa, nhờ vào tính chất liên kết với các protein trong sữa mà carrageenan được sử dụng (với nồng độ 0,015 – 0,025 %) làm tác nhân để ngăn chặn sự tách lỏng và làm ổn định các hạt coca trong sữa sôcôla

Trên điểm đẳng điện (PI)

-B Dưới điểm đẳng điện (PI)

Hình 1.7 Mô hình phản ứng giữa Carrageenan và Protein

 Quá trình tạo gel của carrageenan

Carrageenan có một tính chất vô cùng quan trọng là tạo gel ở nồng độ thấp (nhỏ hơn 0,5 %) Ở dạng gel các mạch polysaccharide xoắn vòng như lò xo và cũng có thể xoắn với nhau tạo thành khung xương không gian ba chiều vững chất, bên trong có thể chứa nhiều phân tử nước (hay dung môi) Từ dạng dung dịch chuyển sang dạng gel là do tương tác giữa các phân tử polyme hòa tan với các phân tử dung môi ở bên trong, nhờ tương tác này mà gel tạo thành có độ bền cơ học cao Phần xoắn vòng lò

xo chính là những mầm tạo gel, chúng lôi kéo các phân tử dung môi vào vùng liên kết

Sự hình thành gel có thể gây ra bởi nhiệt độ thấp hoặc thêm các cation với một nồng độ nhất định Quá trình hình thành gel diễn ra phức tạp, được thực hiện theo hai bước:

- Bước 1: khi hạ nhiệt độ đến một giới hạn nào đó trong phân tử carrageenan có sự chuyển cấu hình từ dạng cuộn ngẫu nhiên không có trật tự sang dạng xoắn có trật tự Nhiệt độ của quá trình chuyển đổi này phụ thuộc vào dạng và cấu trúc các carrageenan, cũng như phụ thuộc vào dạng và nồng độ của muối thêm vào dung dịch carrageenan Do đó, mỗi một dạng carrageenan có một điểm nhiệt độ tạo gel riêng

- Bước 2: gel của các polyme xoắn có thể thực hiện ở các cấp độ xoắn Trong trường hợp đầu, sự phân nhánh và kết hợp lại sẽ xuất hiện cấp độ xoắn thông qua sự hình thành không đầy đủ của xoắn kép, theo hướng đó mỗi chuỗi tham gia vào xoắn kép với hơn một chuỗi khác Trong trường hợp thứ hai, các phần đã phát triển đầy đủ của đa xoắn tụ hợp lại tạo thành gel Còn dưới các điều kiện không tạo gel, ở các nồng

độ polyme thấp sự hình thành và hợp lại của các xoắn sẽ dẫn đến tăng độ nhớt

Qua đó, có thể mô tả cơ chế tạo gel như sau: trước hết là xuất hiện

sự chuyển đổi cấu hình từ dạng cuộn sang xoắn lò xo, tiếp sau là sự kết hợp các xoắn và tụ hợp lại có trật tự tạo thành xoắn kép – gel Như vậy, gel là tập hợp các xoắn có trật tự hay còn gọi là xoắn kép

Bổ sung K +

Đun nóng Làm lạnh

K +

Hình 1.8 Quá trình tạo gel đông của Carrageenan

 Tính tan của carrageenan

Carrageenan tan trong nước nhưng độ tan của nó phụ thuộc vào dạng, nhiệt độ, pH, nồng độ của ion và các chất tan khác

Nhóm carrageenan có cầu nối 3,6 - anhydro không ưa nước, do đó các carrageenan này không tan trong nước Nhóm carrageenan không có cầu nối thì dễ tan hơn Thí dụ như λ-carrageenan không có cầu nối 3,6-anhydro và có thêm 3 nhóm sulfat ưa nước nên nó tan trong nước ở điều kiện bất kỳ Đối với κ – carrageenan thì có độ tan trung bình, muối natri của κ - carrageenan tan trong nước lạnh nhưng muối kali của κ –carrageenan chỉ tan trong nước nóng

Bảng 1.3 Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau

Môi trường K- carrageenan I– carrageenan λ- carrageenan

Nước lạnh

Tan trong muối

Na+, hạn chế trong muối Ca2+,

NH4+, K+

Tan trong muối

Na+, tan trong muối Ca2+, cho sự phân tán sol-gel thuận nghịch

Tan trong tất cả các

muối

đông dặc Sữa lạnh Đông đặc hoặc Đông đặc hoặc tạo Tăng khả năng tạo

Tan trong dung môi có nỗng độ khoảng 30%

Tan trong dung môi

Sự trương: Carrageenan hút nước mạnh, sự hút nước kèm theo

sự trương phồng đáng kể tạo thành gel theo thời gian khi nó tiếp xúc với dung môi, carrageenan là cao phân tử có cực nên trương nở trong dung môi có cực

 Tính thủy phân của carrageenan

Carrageenan bị thủy phân tạo thành carrageenan oligosaccharide Dung dịch carrageenan ít bị phân hủy ở môi trường có pH = 9, ở môi

trường có pH = 7 dung dịch muối Natri Carrageenate bị thối hóa do phân

tử carrageenan bị đứt liên kết 3,6 – Anhydro Galactose Và từ phản ứng xác định tính thủy phân kiềm của nhóm ester sunphat gắn ở vị trí C4trong gốc Galactose Carrageenan mà đặc biệt là phân đoạn kappa, lamda – carrageenan sẽ bị thủy phân bởi enzyme Psedomonate carrageenovora hay kappa-carrageenovora Khi kappa, lamda-carrageenan bị thủy phân bởi enzyme này thì độ nhớt của dung dịch giảm rất nhiều và làm tăng khả năng khử , tạo các sản phẩm thuộc dãy đồng đẳng của oligosaccharide sunphat, 3,6-Anhydrose-α-D-Galactopyransoe-D-Galactose-4-0-sunphate

Trong môi trường pH thấp cùng với sự tác dụng của nhiệt độ thì sự thủy phân xảy ra nhanh hơn

Trong môi trường acid yếu carrageenan chuyển thành carragenic acid ROSO3H

Trong môi trường kiềm carrageenan bị khử bớt các gốc – SO3- và hình thành liên kết anhydro

 Carrageenan được bổ sung vào bia rượu, dấm làm tăng độ trong Trong sản xuất bánh mì, bánh bích quy, bánh bông lan…carrageenan tạo cho sản phẩm có cấu trúc mềm xốp

 Trong công nghệ sản xuất chocolate bổ sung carrageenan vào để làm tăng độ đồng nhất, độ đặc nhất định

 Trong sản xuất kẹo làm tăng độ chắc độ đặc cho sản phẩm

 Trong sản xuất phomát, sản xuất các loại mứt đông, mứt dẻo

 Sản xuất phụ gia thực phẩm thay thế hàn the trong sản xuất giò chả Đặc biệt carrageenan được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực chế biến thuỷ sản Carrageenan ứng dụng tạo lớp màng cho sản phẩm đông lạnh làm giảm hao hụt về trọng lượng và bay hơi nước tránh được sự mất nước của thịt gia cầm khi bảo quản đông

 Trong bảo quản đóng hộp các sản phẩm thịt, bổ sung vào surimi

 Do carrageenan tích điện có gốc SO42- nên có khả năng liên kết với protein qua gốc amin mang điện tích dương khi pH nằm dưới điểm đẳng điện Chính nhờ điểm này mà trên 50% tổng lượng carrageenan được sử dụng trong công nghiệp sữa Vai trò của carrageenan là làm cho các sản phẩm sữa có độ ổn định khá cao, không dùng đến tinh bột hoặc lòng trắng trứng

+ Trong y dựơc

Dùng để sản xuất các loại dược phẩm quan trọng Carrageenan là chất nhũ hoá trong ngành dược phẩm để sản xuất các loại sản phẩm như các loại thuốc nhờn, nhũ tương để thoa lên các vết thương mau lành làm màng bao cho thuốc Cũng dựa vào tính chất là carrageenan mang điện tích âm nên được ứng dụng trong việc điều chế thuốc loét dạ dày và đường ruột Khi thành dạ dày bị men pepsin sẽ tấn công protein tại chỗ loét làm cho độ acid tăng lên nhưng khi có mặt của carrageenan thì nó tương tác với pepsin và làm ức chế tác dụng của pepsin

+ Trong công nghiệp

 Hỗn hợp I- carrageenan và K-carrageenan và các chất tạo nhũ tương được bổ sung vào dung dịch sơn nước carrageenan để tạo độ đồng nhất khả năng nhũ hoá tốt hơn cho sơn

 Bổ sung vào kem đánh răng để chống lại sự tách lỏng, sự bào mòn trạng thái tạo các đặc tính tốt cho sản phẩm Carrageenan đựoc ứng dụng trong công nghiệp sợi nhân tạo, phim ảnh sản xuất giấy Ngoài ra carrageenan là môi trườncố định enzyme là chất xúc tác trong công nghiệp tổng hợp và chuyển hoá các chất khác

+ Trong mỹ phẩm: bổ sung vào sản xuất các loại kem dưỡng da,

nước hoa

1.3 TỔNG QUAN VỀ ENZYM VISCOZYME L

Viscozyme L được sản xuất từ chủng Aspergillus aculeatus Là

một đa enzyme của cacbohydrases bao gồm cellulase, glucanase,hemicellulase và xylanase Viscozyme L hoạt động ở nhiệt độ 40-50 oC , điều kiện pH tối ưu 3.3-5.5

beta-Viscozyme L được ứng dụng trong công nghiệp vải có tác dụng:

 Giảm sợi xù lông và lông tơ

 Gia tăng cảm giác trên bề mặt vải (mền và mịn)

 Làm bóng mặt vải và gia tăng sự phản chiếu ánh sáng

 Gia tăng sự hấp thụ nước

 Ứng dụng của enzyme Viscozyme L: Viscozyme L có một số

ứng dụng sau :

+ Trong sản xuất agar - agar: dưới tác dụng của Viscozyme L

thành tế bào rong có chứa cellulose sẽ bị thủy phân làm cho quá trình chiết rút agar - agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vỡ thành

tế bào

+ Trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi: Việc bổ sung

viscozyme L trực tiếp vào thức ăn sẽ làm tăng khả năng đồng hóa thức

ăn trong đường tiêu hóa động vật, tăng khă năng hấp thụ và chuyển hóa thức ăn động vật

+ Trong công nghiệp sản xuất dung môi hữu cơ : Viscozyme L

sẽ phá hủy tế bào giúp tăng lượng đường tạo thành và đẩy nhanh tốc độ tiếp xúc tinh bột với amylase dẫn tới hiệu suất thu hồi rượu sẽ tăng

CARRAGEENAN

+ Trong nước

Năm 1993, tác giả Huỳnh Quang Năng, Phân Viện phó - Phân viện Khoa học Vật liệu Nha Trang là người có công du nhập và nuôi trồng

thử nghiệm rong sụn Kappaphycus alvarezii ở vùng ven biển, đảo phía

Nam Dựa vào đặc điểm của rong là thân mềm và giòn như xương sụn nên ông đặt tên Việt Nam cho loại rong này là rong sụn

Các nhà khoa học thuộc phân viện khoa học vật liệu Nha Trang cũng đã nghiên cứu và xác định được trong rong rất giàu các chất khoáng có thể sử dụng để chế biến các loại thực phẩm chức năng phòng

và chữa bệnh bướu cổ, suy dinh dưỡng, ngăn ngừa và phòng chống một

số bệnh nan y như: rong mứt có tác dụng ức chế sự sinh trưởng của Sarcoma-180 phòng các bệnh u bướu, ung thư

Đống Thị Anh Đào (1999) đã nghiên cứu thu nhận carrageenan từ

rong sụn Kappaphycus alvarezii nuôi trồng ở Ninh Thuận Kết quả cho

thấy, hàm lượng carrageenan ttrong rong sụn chiếm đến 40 % tổng số các thành phần Ngoài ra, tác giả còn tìm thấy trong rong thành phần protein của rong sụn còn chứa 11 acid amin với hàm lượng khá cao

Nguyễn Bích Thủy (2003) đã nghiên cứu chiết tách và một số tính chất của carrageenan từ rong đỏ từ vùng biển Việt Nam

Thành Thị Thu Thủy, Trần Thị Thanh Thủy, Trần Thị Thanh Vân (2003) đã nghiên cứu thành phần hóa học và cấu trúc của k – carrageenan từ tảo biển đỏ ở vùng biển Việt Nam

Phạm Văn Đạt (2004) đã nghiên cứu tách chiết và thử nghiệm sản xuất chế phẩm nước chiết từ rong sụn đóng hộp Kết quả đã xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất nước chiết đóng chai từ rong sụn

+ Ngoài nước

Vào những năm 1842-1862, Schimdt, Stantord,…đã phát hiện ra

carrageenan có trong một loài tảo đỏ có tên là chondrus cripus và loài

Irish moss thuộc họ Rhodophyceae, nhưng họ vẫn chưa xác định được

tính chất, thành phần của carrageenan Cho đến những năm chiến tranh thế giới lần thứ nhất do thiếu trầm trọng gelatin nên cuối cùng người ta cũng đã tìm thấy carrageenan có tính chất gần giống với gelatin

Từ năm 1973, Maxwell doty và cộng tác viên đã tiến hành nghiên cứu phương pháp nuôi trồng rong sụn với quy mô lớn ở Hawaii

Năm 1989, C Rochas, M Rinaudo và S landry đã tiến hành nghiên

cứu carrageenan tách chiết từ Eucheuma cottonii bằng cách phân tích

thành phần carrageenan bị thủy phân bằng enzyme Cũng như phân tích

carrageenan tách chiết từ Echeuma cottonii bằng quang phổ hồng ngoại,

quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C và 1H NMR đã chứng minh rằng

carrageenan được tách chiết từ Eucheuma cottonii gồm một vài

polysaccharide bao gồm thành phần chính là kappa- carrageenan

Năm 1993, Clinton J Dawes, A O Lluisam và G C Trono đã nghiên cứu tốc độ phát triển của hai loại rong sụn (rong sụn nâu và rong sụn xanh) trong phòng thí nghiệm Kết quả cho thấy, rong sụn phát triển

rất nhanh, đặc biệt là ở vùng nhiệt đới Nghiên cứu này cũng đã chứng minh khả năng thành công, cho hiệu suất cao và được ứng dụng rộng rãi

ở Philipines

1.5 MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 1.5.1 Một số phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết

+ Xử lý trong môi trường nước nóng

Môi trường nước nóng có tác dụng:

 Làm trương nở tế bào rong

 Tách bớt một lượng nhỏ chất màu, chất khoáng hòa tan

 Làm yếu liên kết glucozide của màng cellulose và màng tế bào cây rong

+ Xử lý trong môi trường kiềm

Người ta thường dùng NaOH để xử lý rong trước khi nấu chiết Dung dịch NaOH có tác dụng sau:

 Thủy phân bào mòn màng cellulose và phá vỡ nhiều lớp tế bào sắc tố, khử sắt trong rong

 Dung dịch NaOH có tác dụng khử ion SO42- có trong mixen carrageenan, làm tăng sức đông của carrageenan

Việc sử dụng kiềm để xử lý rong mang lại nhiều ưu điểm tuy nhiên một số khoáng Ca, Mg,… lại không được tách ra trong môi trường kiềm

+ Xử lý trong môi trường acid

Môi trường acid có tác dụng sau:

 Thủy phân bào mòn màng cellulose của cây rong đồng thời làm suy giảm liên kết màng tế bào chứa carrageenan, làm vỡ tế bào ngoại bì chứa đầy sắc tố, loại sắc tố ra khỏi cây rong

+ Xử lý bằng enzyme viscozyme L

Enzyme viscozyme L có tác dụng thủy phân bào mòn màng cellulose của thân rong, làm vỡ tế bào ngoại bì chứa sắc tố và một số chất khác, giúp loại phần nào những tạp chất này ra khỏi thân rong, tăng hiệu quả thu carrageenan

1.5.2 Kỹ thuật nấu chiết carrageenan

Nấu chiết carrageenan là khâu quan trọng và chủ yếu của toàn bộ quy trình sản xuất carrageenan Mục tiêu của công đoạn này là dùng nhiệt để hòa tan carrageenan trong nước tạo điều kiện cho quá trình thu nhận carrageenan dễ dàng và đảm bảo hiệu suất thu hồi carrageenan cao Trong quá trình nấu chiết có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới hai mục tiêu này như môi trường nấu chiết, nhiệt độ, thời gian, lượng nước,…

+ Môi trường nấu chiết

Theo nhiều nghiên cứu cho thấy môi trường nấu chiết có pH = 4.8

là môi trường cho sức đông của carrageenan thu được cao nhất Khi nấu trong môi trường kiềm yếu đủ để phá vỡ màng tế bào của rong giải phóng carrageenan ra dung dịch đồng thời sẽ góp phần trung hòa lượng aicd tạo thành, do đó sức đông của carrageenan tăng

+ Nhiệt độ xử lý enzyme

Muốn nâng cao hiệu suất chiết rút carrageenan cần phải nấu chiết ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hòa tan của nó Nếu nhiệt độ nấu chiết cao thì thời gian nấu giảm nhưng carrageenan bị thủy phân cắt mạch nên sức đông giảm Nếu nhiệt độ nấu chiết thấp thì thời gian nấu kéo dài và carrageenan cũng bị thủy phân cắt mạch làm sức đông giảm và hiệu suất trích ly giảm Việc nấu chiết ở nhiệt độ thích hợp sẽ giúp cho việc lọc dễ dàng hơn

+ Thời gian nấu chiết

Thời gian nấu chiết phụ thuộc vào phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết, môi trường nấu chiết và nhiệt độ nấu chiết Nếu thời gian nấu chiết quá dài làm cho một số phân tử carrageenan bị thủy phân cắt mạch làm giảm sức đông Nếu thời gian quá ngắn thì hiệu suất thu carrageenan thấp

+ Tỷ lệ nước nấu

Lượng nước nấu ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ thu hồi carrageenan Nếu lượng nước nấu quá lớn dẫn đến dung dịch keo có nồng độ thấp và thể tích dung dịch chứa carrageenan lớn, gây tốn kém cho việc tách nước, nhưng có ưu điểm là dễ lọc, hiệu suất chiết cao Nếu lượng nước nấu ít làm nồng độ dịch keo cao, độ nhớt lớn khó lọc nên carrageenan còn giữ lại ở nguyên liệu nhiều nên dễ gây thất thoát carrageenan Do vậy cần xác định lượng nước nấu hợp lý để sau khi nấu dịch keo thỏa mãn yêu cầu là dịch keo dễ lọc và hiệu suất thu carrageenan cao

1.5.3 Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan + Phương pháp của Pliste

Nước nóng

t = 180 - 200oc

T = 40- 60 phút

Bã lọc

+ Quy trình sản xuất carrageenan của tác giả Đống Thị Anh Đào

Xử lý tẩy màu, mùi Rong sụn

Xử lý

Tạo màng

Bánh tráng

Sấy khô

Rong khô

Thẩm thấu muối

Thẩm thấu đường

Mứt Rong muối

Sấy

Xử lý

+ Quy trình sản xuất carrageenan theo GS Trần Thị Luyến

Để ráo nước

Phơi hoặc sấy khô

CHƯƠNG II NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU

2.1.1 Rong nguyên liệu

Đối tượng nghiên cứu là rong sụn kappaphycus alvarezii (Doty)

Doty, nuôi trồng và khai thác tại thị xã Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa Rong sụn sau khi thu hoạch phơi khô đến độ ẩm khoảng 25%, hàm lượng carrageenan  24.5 % và bảo quản dùng làm nguyên liệu tách chiết carrageenan

2.1.2 Enzyme viscozyme L

Enzyme viscozyme L được sản xuất từ chủng Aspergillus aculeatus

do công ty NHH TM-DV Nam Giang, 133/11 Hồ Văn Huê – P.9 – Quận Phú Nhuận – Tp Hồ Chí Minh nhập khẩu và cung cấp

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tiến hành: Cân chính xác a gam carrageena dạng sợi đã được cắt

nhỏ cho vào cốc sấy (cốc sấy đã được sấy đến khối lượng không đổi) tiến hành sấy lên tục trong tủ ở t0 =100-1050C 5 giờ Sấy song đêm làm nguội trong bình hút ẩm và đêm cân ở cân phân tích Sau đó lại cho vào

tủ sấy ở 100- 1050C trong 30 phút, rồi lấy ra làm nguội trong bình hút

ẩm và cân không quá 0.5 mg cho mỗi mẫu

Trong đó:

A: Khối lượng của cốc sấy và carrageenan trước khi sấy (g)

B: Khối lượng của cốc sấy và carrageenan sau khi sấy (g)

P: Khối lượng mẫu đem thí nghiệm (a gam)

+ Phương pháp định lượng Carrageenan

Hàm lượng carrageenan được xác định theo công thức sau:

% 100 ) 100 (

) 100 (

W M

w m

m: Khối lượng carrageenan (g)

M: Khối lượng rong (g)

w: Độ ẩm của carrageenan ( %)

W: Độ ẩm của rong (%)

+ Xác định sức đông của carrageenan

Sức đông của carrageenan là lực tác dụng lên 1 cm2 bề mặt thạch để

Để điều chế carrageenan có nồng độ 1.5% theo chất khô ta áp dụng

+ Xác định độ nhớt của carrageenan

Điều chỉnh dịch có nồng độ 1.5% đo độ nhớt ở 75oC

Để đo độ nhớt của carrageenan bằng máy đo độ nhớt Model 1Rotational viscomneter Sử dụng roto số 2, số vòng quay là n= 30 rpm