TIỂU LUẬN MÔN HỌC PHỤ GIA THỰC PHẨM CARRAGEENAN

So sánh đơn vị cấu trúc của agarose và họ carrageenan Ký hiệu :* - vị trí có thể có nhóm sulphat –OSO3 -Do có sự khác nhau chủ yếu về vị trí nhóm sulphat và sự có mặt liên kết anhydro-D-

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN MÔN HỌC: PHỤ GIA THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN MÔN HỌC: PHỤ GIA THỰC PHẨM

4 Nguyễn Thị Thủy Triều 11074271

5 Mai Thị Thảo Uyên 11082661

6 Huỳnh Trung Sơn 11242001

TP.HCM, tháng 11 năm 2013

Chúng em xin chân thành cảm ơn:

 Trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM

 Viện sinh học và thực phẩm trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM

 Thầy Lê Văn Nhất Hoài– giảng viên hướng dẫn môn Phân tích thực phẩm trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM

 Thư viện trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM

 Cùng anh, chị khóa trên

Đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em tiếp cận với đề tài, truyền đạt kinh nghiệm cần thiếtkhi làm tiểu luận, đồng thời cung cấp những dữ liệu liên quan để chúng em có thể hoànthành bài tiểu luận này một cách thuận lợi

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CARRAGEENAN 2

1.1.LỊCH SỬ PHÁT HIỆN CARRAGEENAN 2

1.2.CẤU TRÚC CỦA CARRAGEENAN 3

1.2.1.Đơn vị cấu trúc của carrageenan 3

1.2.2.Phương pháp nghiên cứu cấu trúc carrageenan 7

1.2.3.Cấu trúc lai hóa của carrageenan 10

Chương 2:TÍNH CHẤT CỦA CARRAGEENAN 12

2.1 Tính chất vật lý: 12

2.1.1 Độ tan 12

2.1.2 Độ nhớt của dung dịch carrageenan 12

2.1.3 Tương tác carrageenan với protein 13

2.1.4 Tương tác hiệp lực carrageenan với các polysaccharide khác 14

2.2 Tính chất tạo gel 15

2.2.1 Cơ chế tạo gel 16

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của gel 18

2.2.2.1 Ảnh hưởng của các ion kim loại 18

2.2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành gel 19

2.2.2.3 Ảnh hưởng của các tác nhân phân tách phân đoạn KCl 20

2.3 Tính chất hóa học 20

2.3.1 Quá trình hình thành liên kết 3,6-anhydro 20

2.3.2 Cơ chế phản ứng hình thành cầu nối 3,6-anhydro 23

2.3.2.1 Điểm yên ngựa của phản ứng và đường phản ứng 23

2.3.2.2 Năng lượng hoạt hóa của phản ứng E* 24

2.3.3.Phản ứng chuyển nhóm Sulphat của carrageenan 25

2.3.3.1 Phản ứng khử sulphat của carrageenan 25

2.3.3.2 Phản ứng sulphat hóa ι-carrageenan 26

Chương 3: ỨNG DỤNG CỦA CARRAGEENAN 28

3.1 Ứng dụng của carrageenan 28

3.1.1.Ứng dụng trong công nghiệp sữa 29

3.1.2.Ứng dụng trog ngành thực phẩm khác 29

3.1.3.Các ứng dụng trong kỹ thuật 31

3.1.4.Ứng dụng trong mỹ phẩm và thuốc đánh răng 31

3.1.5.Ứng dụng trong y, dược học 31

3.1.6.Ứng dụng trong nông nghiệp 32

3.2.Tình hình sản xuất carrageenan trên thế giới 33

3.2.1 Sản xuất carrageenan 33

3.2.2 Thị trường hiện nay và các công ty sản xuất carrageenan 34

Chương 4: NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN XUẤT CARRAGEENAN 36

4.1 Rong Đỏ, nguồn nguyên liệu sản xuất carraageenan 36

4.1.1 Đặc điểm sinh thái và sinh học của rong Đỏ 36

4.1.2 Nguồn nguyên liệu sản xuất carrageenan ở Việt Nam 37

4.1.3 Hàm lượng carrageenan trong một số loài rong Đỏ Việt Nam 38

4.2 Sản xuất carrageenan 42

4.2.1 Quy trình chiết, tách carrageenan 42

4.2.1.1 Nguyên liệu 42

4.2.1.2 Phương pháp chiết carrageenan 42

4.2.2 Quy trình sản xuất carrgeenan 46

4.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả kinh chiết, tách carrageeenan 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam có hệ động, thực vật vô cùng phong phú, có nhiều nguồn gen quý hiếmđặc trưng cho khí hậu nhiệt đới nóng ẩm Một trong những điều kiện tạo nên sự phongphú và giàu có ấy chính là vùng biển nhiệt đới rộng với bờ dài hơn 3000 km bao bọc hếtphía đông và nam đất nước Một trong những nguồn tài nguyên phong phú và có giá trị

mà vùng biển tặng cho chúng ta là rong biển Tại vùng biển Việt Nam có gần 800 loàirong biển thuộc tất cả các bộ của các ngành rong đã được công bố trên thế giới

Từ rong biển có thể tách các polysaccharide như carrageenan, axit alginic, agar…trong đó carrageenan có ý nghĩa quan trọng hàng đầu Carrageenan được sản xuất nhiều ởcác nước có vùng biển nhiệt đới, thuận tiện cho các loài rong Đỏ phát triển mạnh

Carrageenan được ứng dụng nhiều trong đời sống kinh tế quốc dân, do đó việc sảnxuất carrageenan đã được nhanh chóng phát triển trên thế giới Sản lượng hàng năm củacarrageenan trên thế giới tăng rõ rệt So với các polysaccharide khác, carrageenan có giátrị thương phẩm lớn nhất

Với những lý do nêu trên, nhóm chúng em xin tìm hiểu về đề tài “Carrageenan” để

biết thêm đặc điểm, cấu tạo cũng như những lợi ích vô cùng quý giá của carrageenan đốivới đời sống hiện nay

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CARRAGEENAN

1.1.LỊCH SỬ PHÁT HIỆN CARRAGEENAN

Carrageenan bắt đầu được sử dụng từ hơn 600 năm trước đây Trên bờ biển phíanam của Ireland, trong một làng mang tên Carragheen., người ta thấy dịch chiết từ

rêuIrish moss (loài rong Đỏ Chondrus crispus) nấu bánh phết mứt Tới năm 1837, người

ta lấy tên làng này đặt tên cho dịch chiết ấy Và từ đó, polysaccharide, chiết từ rong Đỏđược gọi tên là carrageenin (theo tên làng), nay gọi là carrageenan Theo phân loại khoahọc, carrageenan chính là polysaccharide của galactose, được gắn thêm nhiều nhómsulphat, gọi là galactan sulphat

Vào những năm ba mươi của thế kỷ XX, Irish moss được sử dụng đầu tiên trong

công nghiệp bia và hồ sợi Chiết phân đoạn của carrageenan thô được thực hiện vàonhững năm năm mươi của thế kỷ XX đã dẫn đến sự phát hiện các đặc trưng của các dạngcarrageenan khác nhau Cũng trong thời kỳ này, người ta đã xác lập được cấu trúc củacarrageenan, đặc biệt là cấu trúc của 3,6 – anhydro – D – galactose trong κ – carrageenan,cũng như các dạng liên kết giữ các vòng galactose và anhydrogalacrose

Sau này, carrageenan được chiết xuất từ một số loài rong khác như Gigartina

stelata thuộc chi rong cạo Gigartina Các loài Eucheuma sp., Hypnea sp., Gymnogongrus

sp cũng được nghiên cứu, nuôi trồng và trở thành nguồn nguyên liệu sản xuất

carrageenan

Ngày nay, sản xuất công nghiệp carrageenan không còn giới hạn vào chiết tách từ

Irish moss, mà rất nhiều các loài rong Đỏ thuộc ngành Rhodophyta đã được sử dụng.

Những loài rong này được gọi chung là Carrageenophyte

Hình 1.1 Một số hình ảnh liên quan đến carrageenan

Theo truyền thống, các rong được thu hoạch từ tự nhiên Riêng ở Nhật Bản, việccanh tác rong biển để tăng năng suất sản phẩm đã được bắt đầu từ 200 năm trước đây.Các kết quả nghiên cứu khoa học về rong biển đã cho phép nhân giống và nâng cao năngsuất carrageenan Tới nay, đã có hàng chục loài rong biển được nuôi trồng cùng vớiviệckhai thác rong tự nhiên đã làm tăng rất nhiêu nguồn nguyên liệu cho sản xuấtcarrageenan.

1.2.CẤU TRÚC CỦA CARRAGEENAN

1.2.1.Đơn vị cấu trúc của carrageenan

Carrageenan là một polysaccharide của galactose – galactan Ngoài mạchpolysaccharide chính, còn có thể có các nhóm sulphat được gắn vào carrageenan ở những

vị trí và số lượng khác nhau Vì vậy, carrageenan không phải chỉ là một polysaccharideđơn lẻ, có cấu trúc nhất định, mà carrageenan nói chung, là các galactan sulphat Mỗigalactan sulphat là một dạng riêng của carrageenan và có ký hiệu riêng Thí dụ: λ-, κ-, ι-carrageenan

Về cấu trúc, cũng như agarose, carrageenan là polysaccharride có cấu tạo từgalactose và 3,6 – anhydrogalactose, nhưng khác agarose ở chỗ là carrageenan chỉ chứa

D – galactose và mức độ sulphat hóa lớn hơn, còn agarose chứa 3,6 – anhydro – L –galactose.(hình 1.1)

Trong tự nhiên, các dạng carrageenan thường gặp như μ-, ν-, λ- carrageeenan, là

những carrageenan không tạo gel λ-carrageenan hay gặp nhiều nhất ở các loài Solieria

chordalis (Solieriaceae), Callibepharis jubata, C ciliata, Cystoclonium purpureum

(Rhodophyllidaceae), Gigartina clavifera và Gigartina decipiehns thuộc họ

Gigartinaceae (Rhodophyta).

Trong quá trình chiết tách, do tác động của môi trường kiềm, các μ-, ν-, carrageenan dễ chuyển hóa thành κ-, ι-, θ- carrageenan tương ứng Các carrageenan cómức độ sulphat hóa khác nhau, thí đụ như: κ- carrageenan (25% sulphat), ι- carrageenan(32% sulphat), λ- carrageenan (35% sulphat) Các sản phẩm này đã được thương mại hóa,chiếm vị trí quan trọng thị trường polysaccharide

λ-Đơn vị cấu trúc của carrageenan

Đơn vị cấu trúc của carrageenan là một disaccharide Đơn vị cấu trúc được cấu tạobởi hai đơn vị hợp phần Đơn vị hợp phần có thể là vòng 3-β-D-galactose (đơn vị - G),vòng 4-α-D-galactose (đơn vị - D) hoặc vòng 4-3,6-anhydro-α-D-galactose (đơn vị -DA)xen kẽ luân phiên nhau bằng các liên kết α (13) và β (14) Như vậy, đơn vị cấu trúccủa carrageenan (disaccharidee) có thể là (G+D) hoặc (G+DA) Đơn vị cấu trúc của một

số dạng carrageenan được trình bày ở hình 1.2

Hình 1.2 So sánh đơn vị cấu trúc của agarose và họ carrageenan

Ký hiệu :* - vị trí có thể có nhóm sulphat –OSO3

-Do có sự khác nhau chủ yếu về vị trí nhóm sulphat và sự có mặt liên kết anhydro-D-galactose trong đơn vị cấu trúc, có thể chia carrageenan thành hai nhóm (bảng1.1):

3,6- Nhóm không có liên kết 3,6-anhydro-D-galactose, có đơn vị cấu trúc (G,D)

 Nhóm có liên kết 3,6-anhydro-D-galactose, có đơn vị cấu trúc (G,DA)

Do có những khác nhau về mặt cấu trúc mà các carrageenan có những tính chấthóa, lý rất khác nhau

Dạng κ- chỉ có một nhóm sulphat tại C4 trong đơn vị G, trong khi đó dạng ι- cóthêm một nhóm sulphat rại C2 trong đơn vị DA λ- carrageenan khác sống với κ-, ι-carrageenan ở vài điểm sau: thứ nhất, mức độ sulphat hóa cao hơn trên một cấu trúc; thứhai, vòng β (14)-α-D galactose (đơn vị D) không có liên kết 3,6-anhydro, và mang nhómeste sulphat tại C2 và C6; cuối cùng, trong đơn vị G có chứa nhóm sulphat tại C2 Điềunày cho thấy số luong và vị trí cả nhóm sulphat có ảnh hưởng lớn đên cấu trúc của lò xo

và các tương tác lẫn nhau tiếp sau đối với các dạng carrageenan khác nhau

Bảng 1.1 Phân nhóm các carrageenan theo cấu trúc

G, D: các carrageenan không có liên kết 3,6-anhydro-D-galactose

Dạng carrageenan Vị trí nhóm sulphat trong

Ghi chú: S-ký hiệu sự có mặt của nhóm sulphat tại các vị trí cacbon

β-carrageenan không có nhóm sulphat trong đơn vị cấu trúc θ-carrageenan khác carrageenan ở chỗ có nhóm sulphat trong đơn vị G ở vị trí C2 τ-carrageenan có ba nhómsulphat trong đơn vị cấu trúc disaccharide, ρ-carraageenan có bốn nhóm sulphat trongđơn vị cấu trúc, và cả hai carrageenan này đều có nhóm sunphat ở vị trí C6 trong đơn vị

ι-G, riêng ρ- có thêm một nhóm sulphat ở vị trí C2 trong đơn vị G

Ngoài những dạng carrageenan ít gặp trong tự nhiên như β, θ, ζ, χ, π, γ, α, người ta

còn tìm thấy carrageenan pyruvat, dạng carrageenan này được tìm thấy ở loài Solieria

robusa τ,ρ là những polysaccharide không có trong tự nhiên, nhưng cũng đã được nghiên

cứu tổng hợp bằng con đường hóa học

Một số dạng carrageenan lý tưởng được trình bày trên hình 1.3:

Hình 1.3 Cấu trúc hóa học lý tưởng của các dạng carrageenan

1.2.2.Phương pháp nghiên cứu cấu trúc carrageenan

Để biết được cấu trúc chi tiết của các carrageenan chiết tách từ các loài rong Đỏ,ngừi ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để khảo sát và nghiên cứu như: phương

pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân để xác định đơn vị cấu trúc và định lượng các thànhphần, kết hợp phương pháp này với phương pháp phổ hồng ngoại để định tính nhận dạngcác carrageenan phương pháp phân tích methyl hóa để xác định vị trí các nhóm hydroxyl

và các nhóm sulphat, kết hợp phương pháp phân tích methyl hóa với phương pháp sắc kýkhối phổ để xác định vị trí phân nhánh của polyysaccharide…

Ngày nay, phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) (cả 1H, 13C và DEP 135) laf mootjtrong các công cụ chuẩn để xác định cấu trúc của các mẫu carrageenan Nhưng cần chú ý,

để loại trừ ảnh hưởng của độ nhớt cao sẽ dẫn đến nhiều phổ, do đó carrageenan cần đượcthiêu kết giảm độ nhớt của dung dịch

Phổ 13C- NMR được sử dụng nhiều nhất để phát hiện thành phần phân tử của cácmẫu carrageenan Sự định tính của phổ 13C- NMR dựa trên cơ sở cường độ cộng hưởng

từ của các nguyên tử cacbon đầu cầu liên kết hạn chế của phổ 13C- NMR là độ nhạy thấp

và đo đó sẽ không có các thông tin về các thành phần quá nhỏ (các thành phần có mặttrong mẫu với hàm lượng nhỏ hơn 5%)

Phổ 13C- NMR của κ-, ι-, μ-và ν- carrageenan đã được nghiên cứu một cách đầy

đủ Phổ 13C- NMR của λ-carrageenan mãi đến năm 1994 mới được công bố chi tiết Các

số chuyển dịch hóa học của phổ 13C-NMR của các dạng carrageenan được trìnhbày trongbảng 1.2

Phổ 1H-NMR có độ nhạy hơn phổ 13C-NMR hàng trăm lần, do đó phổ 1H-NMRđược sử dụng chính cho hai mục đích khác nhau Mục đích thứ nhất, độ nhạy cao được sửdụng để phân tích nhanh các mẫu có nồng độ thấp Định tính các dạng khác nhau củacarrageenan trong mẫu dựa trên các prroton ở vị trí α- dẫn cầu cho năm dấu hiệu cộnghưởng từ trong vùng từ 5,1-5,7 ppm (bảng 1.3) Mục đích thứ hai là để nhận được cácdấu hiệu cộng hưởng từ về cấu trúc phân tử một cách chi tiết của các oligosaccharide củacarrageenan sau khi mẫu carrageenan bị thủy phân bởi các enzyme

Bảng 1.2 Số liệu 13 C-NMR của các dạng carrageenan khác nhau

D6S

105,398,7

70,869,1

78,970,9

754,479,7

75,368,7

61,868,3ν- G4SD2S, 6S 105,398,7 70,876,8 80,468,7 74,479,7 75,368,7 61,868,3

θ G2SDA2S 100,395,6 77,274,7 77,277,4 67,879,5 74,777,0 61,169,8

Bảng 1.3 Độ chuyển dịch hóa học 1H-NMR của các proton ở vị trí

α- đầu cầu liên kết của các dạng carrageenan

Bảng 1.4 Các dao động đặc thù trên các nhóm trong phổ IR

+++ -

+++ +

+ ++-

+-+-+-

+-+++-

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của tin học ứng dụng, người ta đã đượcnhiều kết quả trong sử dụng phương pháp lượng tử, sử dụng các phần mềm tính toán đểnghiên cứu cơ chế động học của các phản ứng chuyển hóa carrageenan

Hình 1.4 Phổ 13C-NMR của -carrageenan chiết từ Gigartina decipiens

Hình 1.5 Phổ 13 C-NMR của -carrageenan

1.2.3.Cấu trúc lai hóa của carrageenan

Carrageenan tự nhiên là một hỗn hợp polysaccharide không đồng nhất Trong thực

tế, thường quan sát thấy sự kết hợp của hai hay nhiều loại đơn vị cấu trúc giới hạn trongmột phân tử polyme Các quá trình sinh tổng hợp như phản ứng chuyển hóa carrageenantạo cầu nối 3,6-anhydro do tác động bằng kiềm hoặc do tác động của enzyme từ vi sinhvật có thể xảy ra không hoàn toàn, do đó sản phẩm cuối cùng có thể là các lai hóa cóchứa đồng thời một số đơn vị cấu trúc của một số dạng carrageenan như: lai hóa ι-/κ-

carrageenan từ Gymnogongrustorulosus lai hóa β-/κ-/γ-carrageenan từ Eucheuma

Kết quả phân tích cho thấy rằng: hệ túi quả thể sinh lai hóa -/-carrageenan và hệ tứ bào

tử sinh ra -carrageenan Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân, phổ hồng ngoạicủa carrageenan chiết tách từ một số loại thuộc các chi Iridaea, Gymnogongrus,Ahnfeltia, Stenogramme, Gigartinaceae, Hypneaceae đã giải thích được cấu trúc lai hóacủa các lai hóa tự nhiên -/-carrageenan và xác định được tỉ lệ lai hóa khác nhau trongcác loài khác nhau Bằng cách sửu dụng các kĩ thuật khác nhau như đo góc quay quang,

độ nhớt, chiết phân đoạn với KCl, light castering…nghiên cứu các tính chất hóa học đặctrưng đã làm sáng tỏa cấu trúc phân tử của lai hóa -/-carrageenan là một hỗn hợp chuổi.Các cấu trúc lai hóa có thể xuất hiện trong polysaccharide được giải thích là do tínhkhông đồng nhất của nó khi chiết từ rong Đỏ Ví dụ như lai hóa -/-carrageenan đối với

-carrageenan là thành phần chính do có thể có ba sự kết hợp khác nhau, đó là các chuổingắn phân tán trong chuổi hoặc các chuổi dài  trong chuổi  hoặc là hỗn hợp các chuổi 

và  nguyên chất và điều này cũng thể hiện khi khảo sát bằng phổ 13C- và 1H-NMR củapilysaccharide này

Chương 2:TÍNH CHẤT CỦA CARRAGEENAN

2.1 Tính chất vật lý:

Sự đa dạng về cấu trúc và thành phần của các nhóm sunfat mang điện âm trongphân tử carageenan dẫn đến sự biến đổi đáng kể trong tính chất vật lý của cáccarageenan

Giống như các polysaccharide tự nhiên, các carrageenan được đặc trưng bởi sựphân bố khối lượng phân tử Phần lớn các carragenan có khối lượng phân tử từ 500-1000kDa, nhưng trong đó chúng có thể chứa tới 25% polysaccharide với phân tử lượngnhỏ dưới 100kDa

2.1.1 Độ tan

Carrageenan tan trong nước, nhưng độ tan 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 carragenan này khó tan trong nước Nhóm carrageenan không có cầu nối thì dễ tan hơn

Ví dụ:-carrageenan, không có cầu nối 3,6- anhydro, cộng thêm ba nhóm sulphat

ưa nước nên tan trong nước ở điều kiện bất kì, -carrageenan khó tan nhất, nhưng muối natri của -carrageenan tan trong nước lạnh, trong khi muối kali của -carrageenan chỉ tan trong nước nóng, -carrageenan có độ tan trung bình

2.1.2 Độ nhớt của dung dịch carrageenan

Độ nhớt của dung dịch carrageenan phụ thuộc vào nhiệt độ, dạng, trọng lượngphân tử và sự có mặt của một số ion khác trong dung dịch Giống như các dung dịchpolyme tích điện, độ nhớt của dung dịch carrageenan giảm dần khi tăng nhiệ độ và tănglực ion của dung dịch Các carrageenan tạo thành dung dịch có độ nhớt từ 25-500Mpa,thường 25-100Mpa, riêng -carrageenan có thể cho dung dịch có độ nhớt lên đến2000Mpa Sự phụ thuộc độ nhớt vào nhiệt độ của các dạng carrageenan rất khác nhau

Từ đồ thị trên hình 2.1 cho thấy, theo chiều tăng nhiệt độ, độ nhớt của carrageenan giảm đột ngột đến nhiệt độ tới hạn 21oC; độ nhớt của -carrageenan giảm dầnđến nhiệt độ tới hạn 51oC; đối với hỗn hợp trộn từ hai thành phần -carrageenan và -carrageenan nguyên chất có sự phân định rõ ràng tính chất của hai dạng này Đối với hỗnhợp tự nhiên ở dạng lai hóa thì không phân định rõ ràng, độ nhớt ít thay đổi khi nhiệt độthay đổi Dựa vào đặc điểm này mà người ta có thể phân biệt được các dạng lai hóa trong

-tự nhiên Riêng độ nhớt của - carrageenan vẫn cao ngay cả khi ở nhiệt độ cao (80-90oC)

Sự liên quan tỷ lệ thuận giữa độ nhớt và trọng lượng phân tử của carrageenan có thể mô tả bằng công thức cân bằng của Mark-Houwink như sau:

[ ]=K¿

Trong đó:[] là độ nhớt; Mw là trọng lượng phân tử trung bình; các hằng số K và phụ thuộc vào dạng carrageenan và dung môi hòa tan

2.1.3 Tương tác carrageenan với protein

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 vớinhóm sulphat mang điện tích âm của carrageenan và có tính quyết định đến độ bền cohọc của gel Trong công nghiệp sữa, carrageenan được sử dụng để tương tác hiệp lực mộtcách đặc biệt với protein trong sữa Protein có mặt trong sữa bao gồm hai dạng chính:casein chiếm 80%; các protein dạng hòa tan 20% Khả năng hiệp lực liên quan đến tươngtác của các carrageenan tích điện âm với axit amin tích điện dương tại bề mặt mixen củacasein, đặt biệt giữa -carrageenan và -casein

Trong dung dịch sữa loãng, -carrageenan tạo phức với các mixen-casein gây kếttủa chỉ khi ở dạng xoắn lò xo Sự tạo gel của hỗn hợp -carrageenan – sữa chỉ tạo ra tạimột phần của phân tử carrageenan Với nồng độ carrageenan rất thấp (0,015-0,025%)cũng là tác nhân để ngăn chặn sự tách lỏng và làm ổn định các hạt coca trong sữa sôcôla

Hình 2.1 Các hình thức liên kết giữa carrageenan và protein

Tương tác hiệp lực giữa carrageenan và protein trong sữa là tương tác tĩnh điện.Nhóm sulphat tự do trong carrageenan gây ra điện tích âm Tại pH trung tính, -casein

tích điện dương trên bề mặt mixen và tương tác tĩnh điện xuất hiện giữa nhóm sulphat và

-casein Các trung tâm tích điện dương không xuất hiện trong 1 và  casein tại pHtrung tính, nhưng tại điểm đẳng điện của casein (pH = 4,6) 1 và  casein cũng có thểtương tác tĩnh điện với carrageenan

2.1.4 Tương tác hiệp lực carrageenan với các polysaccharide khác

-carrageenan còn tương tác với các polysaccharide khác, như với galactomannangum, đặc biệt với locust bean gum (LBG) Sự hiệp lực được phát hiện trong trường hợpdung dịch -carrageenan ở nồng độ quá thấp không đủ khả năng tạo gel, nhưng khi thêmLBG vào thì hình thành gel, mặc dù LBG là một polysaccharide không tạo gel Sự hiệplực này đã gây hiệu ứng bằng tăng 2 lần nồng carrageenan, như vậy có thể giảm nồng độtạo gel tối thiểu của polyme xuống 2 lần

Cơ chế của tương tác trên được giả thiết là xuất hiện các liên kết của các vùngxương của galactomannan với tập hợp xoắn kép của -carrageenan

Việc thêm galactomannan vào gel -carrageenan làm tahy đổi hình thái và tínhchất cơ học của gel từ cứng, dễ vỡ thành gel đàn hồi và khỏe đồng thời làm tăng đáng kểcường độ gel Vai trò của cation cũng rất quan trọng trong sự tương tác và hiệp lực để tạpgel của hệ -carrageenan /LBG Sự tạo gel của hệ này chỉ xuất hiện khi -carrageenan ởdạng muối K+, còn khi -carrageenan ở dạng muối Na+ và Ca+ thì hệ không có khả năngtạo gel mà các cation này chỉ làm tăng độ nhớt

Sự tạo gel của hệ -carrageenan/LBG tương tự như sự tạo gel của -carrageenannguyên chất, nhưng ở nông độ không nhỏ hơn 0,2M KCl thì sự hiệp lực biến mất Khảnăng hiệp lực của hệ -carrageenan/LBG, dạng và nồng độ của cation và tỷ lệ mangan:galactose trong phân tử LBG (hay nói cách khác là phụ thuộc vào mức độ thay thế của D-galactose theo dọc khung xương galactomannan) Tỷ lệ này bằng 35 là thích hợp nhấtđối với quá trình tạo gel Tỷ lệ tối ưu của -carrageenan/LBG là 41 trong môi trườngKCl

Ngoài ra, carrageenan cũng có sự tương tác với một số loại tinh bột và gelatin.Tương tác tĩnh điện của hệ -carrageenan-gelatin sẽ dẫn đến sự ổn định của mạng lưới -carrageenan Ngoài các tính chất nêu trên, gel của carrageenan có tính chất lưu biến khithay đổi nhiệt độ, tức là có thể thay đổi câu hình Như vậy, nhiệt độ là yếu tố vô cùngquan trọng trong quá trình tạo gel

2.2 Tính chất tạo gel

Carrageenan có tính chất vô cùng quan trọng là có khả năng tạo gel ở nồng độ thấp(nhỏ hơn 0,5%) Ở dạng gel, các mạch polysaccharide xoắn vòng như lò xo và cũng cóthể xoắn với nhau tạo thành khung xương không gian ba chiều vững chắc và có thể chứanhiều phân tử nước (dung môi) bên trong Từ dạng dung dịch chuyển sang dạng gel là dotương tác giữa các phân tử polyme hòa tan với các phân tử dung môi ở bên trong Nhờtương tác này mà gel tạo thành có độ bền cơ học đáng kể Phần xoắn là xo chính là nhữngmầm tạo gel, chúng lôi kéo những phân tử dung môi vào vùng liên kết

Quá trình tạo gel này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: cấu trúc hóa học và nồng độ củapolyme, bản chất và nồng độ của các cation thêm vào, số và vị trí của các nhóm sulphat

có trong mỗi dạng carrageenan

Liên kết 3,6-anhydro là yếu tố chính của quá trình tạo gel, yếu tố này cho phéphình thành những đoạn xoắn và từ đó hình thành cấu trúc gel ở những điều kiện thích hợpnhư: nồng độ muối, nhiệt độ…Do có cầu nối 3,6-anhydro trong vòng 4--D-galactose và

có hàm lượng ion sulphat ít hơn, nên trong dung dịch -,-carrageenan có cấu hình dạng

là xo và gel Dạng -, -, -carrageenan không có cấu trúc cầu nối 3,6-anhydro trongvòng 4--D-galactose với cấu hình 4C1 là nguyên nhân bẻ gãy chuỗi thông thường vàngân chặn sự tạo thành các bộ phận xoắn lò xo, do đó cản trở sự hình thành xoắn kép,như vậy các dạng này không trải qua các trật tự thích hợp vì thế không có tính chất tạogel, mà chỉ có tính chất nhớt, làm đông đặc nói chung và trong dung dịch có cấu hình làdạng hình que dài

Số nhóm sulphats càng nhiều và vị trí của chúng càng khác nhau thì lực đẩy tĩnhđiện giữa các ion sẽ càng cản trở các phân tử liên kết với nhau, làm giảm khả năng tạogel Đó cũng là một đặc điểm quan trọng của carrageenan trong quá trình tạo gel Đặcđiểm đó thể hiện rõ trong khả năng tạo gel củ một số carrageenan thường gặp được sắpxếp theo trật tự sau:->->- Ví dụ: -carrageenan có một nhóm sulphat, -,và -carrageenan có hai nhóm sulphat nhưng nhóm sulphat của hai dạng này trong đơn vị 3--D-galactose (đơn vị G) ở vị trí khác nhau: -carrageenan có ở vị trí C4 (G4s) tạo điềukiện thuận lợi cho sự hình thành xoắn kép, còn -carrageenan có ở vị trí C2(G2s)bẽ gãy

sự hình thành xoắn kép Điều này cũng tương đồng với ảnh hưởng của hàm lượng sulphattới tính chất của gel Ví dụ: -carregeenan có hàm lượng ion sulphat lớn (35-41%), trongdung dịch có dạng cấu hình là hình que dài -carrageenan (25% sulphat); -carrageenan(32% sulphat)có hàm lượng ion sulphat ít hơn và có cấu trúc cầu nối 3,6-anhydro, trongdung dịch có dạng cấu hình lò xò và gel

2.2.1 Cơ chế tạo gel

Người ta cho rằng sự tạo gel có thể gây ra bởi nhiệt độ thấp hoặc bởi việc thêmcác cation với nồng độ nào đó Quá trình hình thành gel phức tạp, được thực hiện theo haibước:

- Bước 1: khi hạ nhiệt độ đến một giới hạn nào đó trong phân tử carrageenan có sựchuyển cấu hình từ dạng cuộn ngẫu nhiên không có trật tự sang dạng xoắn có trật tự.Nhiệt độ của quá trình chuyển đổi phụ thuộc vào dạng và cấu trúc của các carrageenan,cũng như phụ thuộc vào dạng và nồng độ của muối thêm vào các 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 Trongtrường hợp đầu, sự phân nhánh và kết hợp lại sẽ xuất hiện cấp độ xoắn thông qua sự hìnhthành không đầy đủ của xoắn kép với hơn một chuỗi khác Trong trường hợp thứ hai, cácphần đã phát triển đầy đủ của đa xoắn tụ hợp lại để tạo thành gel Còn dưới các điều kiệnkhông tạo gel, ở các nồng độ polyme thấp, sự hình thành và tập hợp lại của các xoắn sẽdẫn đến tăng độ nhớt

Từ đó có thể mô tả cơ chế tạo gel như sau: trước hết, xuất hiện sự chuyển dổi cấuhình từ dạng cuộn sang xoắn lò xo, tiếp sau là sự kết hợp các xoắn và tụ hợp lại có trật tựtạo thành xoắn kép-gel Như vậy, gel chính là tập hợp các xoắn có trật tự hay còn gọi làxoắn kép

Hình 2.2 Tác dụng của nhiệt độ đối với cơ chế chuyển đổi từ dung dịch sang gel

-carrageenan và -carrageenan có thể xuất hiện trong hai dạng: dạng cấu hìnhcuộn tự nhiên không có cấu trúc điển hình tại nhiệt độ cao và dạng cấu hình xoắn kép cócấu trúc điển hình, dạng thứ hai là dạng thường được hình thành khi làm lạnh Xoắn kép

đã được hình thành từ dạng cuộn ngẫu nhiên tại một nhiệt độ nào đó, gọi là nhiệt độ

chuyển đổi từ cuộn sang xoắn Nhiệt độ này là một thông số quan trọng ảnh hưởng đếntính chất chức năng của carrageenan.

Sự thay đổi nhiệt độ sẽ làm thay đổi cấu hình của carrageenan, các phân tửcarrageenan trong dung dịch có cấu hình ngẫu nhiên chuyển sang dạng gel có cấu hìnhxoắn lò xo và tiếp sau là tập hợp xoắn có trật tự Khi tăng nhiệt độ, quá trình sẽ xảy rangược lại Đó là tính chất lưu biến (còn gọi là tính chất hoàn nhiệt) vô cùng quan trọngcủa gel carrageenan

Trên 60oC, -carrageenan luôn ở dạng cuộn ngẫu nhiên và phụ thuộc vào cấu trúchóa học chi tiết của -carrageenan và hệ Nhiệt độ chuyển đổi điển hình trong môi trườngnước và sữa xấp xỉ 38oC Khi có mặt của ion kali (K+), xoắn kép của -carrageenan tụhợp với nhau thành đơn vị lớn được gọi là các tập hợp xoắn Kali có tác động như keogắn giữa các nguyên tử oxy của nhóm sulphat bằng việc hình thành liên kết ion đồng thờivới tương tác tĩnh điện giữa các nguyên tử oxy này

Hình 2.3 Cơ chế tạo gel của kappa

Cầu nối nội phân tử này không xảy ra trong sự có mặt của ion Na+, mặc dù liên kếtion vẫn tồn tại ở nhiệt độ thấp, đó là do bán kính ion của Na+ quá nhỏ để kết hợp tạokhông gian liên kết giữa các oxy của nhóm este sulphat và oxy ở cầu nối anhydro Đồngthời sự có mặt của sự hydrat hóa cũng có thể ngăn chặn lực hút tĩnh điện đến liên kết.Trong quá trình làm lạnh, các xoắn lò xo được hình thành nhưng rất khác với -carrageenan và không phụ thuộc vào các dạng ion có mặt Đối với -carrageenan, khônghình thành các tập hợp xoắn lớn, nhưng trong một vài điều kiện tập hợp xoắn cũng đãxuất hiện Nhiệt độ chuyển đổi từ cuộn sang xoắn cũng phụ thuộc rất nhiều vào yếu tốbên trong và bên ngoài Ví dụ: trong môi trường nước và sữa điểm chuyển gel xấp xĩ

45oC Xoắn đơn của -carrageenan có thể được hình thành bởi cầu nối giữa các cationcanxi và giữa các phân tử -carrageenan

Dạng -carrageenan không hình thành các xoắn lò xo và luôn luôn ở cấu hìnhcuộn tự nhiên Do đó carrageenan này không thể tạo gel

Sự chuyên đổi cấu hình từ dung dịch sang gel (hay từ dạng cuộn ngẫu nhiên sangdạng xoắn lò xo) gọi là sự chuyển đổi có trật tự

Bước thiết yếu trong quá trình tạo gel của carrageenan là sự chuyển đổi từ dạngcuộn ngẫu nhiên sang dạng xoắn lò xo do việc làm lạnh một dung dịch carrageenan (đặtbiệt là -carrageenan) nóng dưới các điều kiện ion thích hợp Sự chuyển đổi này đã đượcquan tâm nghiên cứu nhiều, vì rất nhiều tính chất hóa-lý của carrageenan bị ảnh hưởngbởi sự thay đổi trong quá trình này

Để mô tả sự chuyển đổi dung dịch từ dạng gel đã có rất nhiều phương pháp nghiêncứu được sử dụng như: nhiễu tia xạ X, cộng hưởng spin, cộng hưởng từ hạt nhân, gócquay quang, kỹ thuật đo độ đục, điện môi

Sử dụng kỹ thuật nhiễ xạ X cho thấy rằng các gel lỏng được hình thành thông qua

ự kết hợp của các chuổi phân tử thành các xoắn kép Để hình thành gel, các ion củacarregeenan cần các ion đối mang điện tích dương nên gây tương tác tĩnh điện và liên kếthydro để hình thành mạng lưới cấu trúc không gian ba chiều, ví dụ, các cation kali trongtrường hợp -carrageenan và canxi trong trường hợp -carrageenan

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của gel

2.2.2.1 Ảnh hưởng của các ion kim loại

Sự hình thành xoắn lò xo trong quá trình kết hợp giữa các xoắn có thể được kiểmsoát bằng việc sử dụng các tính chất liên kết ion đặc biệt của xoắn lò xo -carrageenan.Theo cách đó, các cation đặc biệt như: K+, Cs+ và Rb+ liên kết vào xoắn kép -carrageenan làm tăng sự ổn định của xoắn lò xo, xúc tiến tập hợp các xoắn tiếp theo, vàlàm tăng khả năng tạo gel Do đó, trong quá trình hình thành gel, sự có mặt của các ionkim loại đóng vai trò quan trọng Khả năng tạo gel của -carrageenan tăng lên khi có mặtcác ion kim loại hóa trị một theo trật tự sau: K+>Rb+>Cs+>>Na+>Li+ Khi cho thêm K+,

Ca2+, hoặc NH4 vào -carrageenan và Ca2+ vào -carrageenan sẽ tạo thành các gel vữngchắc và sự có mặt của các cation này làm làm cho gel bền vững hơn vì có sự trung hòa vềđiện giữa các cation với các nhóm sulphat mang điện tích âm của carrageenan Nồng độcation cần thiết cho sự chuyển đổi cấu hình từ cuộn sang xoắn đã được tìm thấy theo trật

tự sau:Rb+≤Cs+=K+<<Na+<Li+, ví dụ như sự chuyển đổi cấu hình từ cuộn sang xoắn ở

20oC cần 7mM K+ cũng bằng tương đương với 200-250mM Na+ Khi có mặt cả hai cation

K+ và Ca2+ trong dung dịch -carrageenan sẽ xuất hiện sự ảnh hưởng của hiệp lực giữacanxi và kali làm cho gel hình thành khỏe hơn so với bất cứ gel hình thành bởi sự có mặtchỉ một dạng ion nào đó trong dung dịch carrageenan, điều này khẳng định rằng các bướctập hợp xoắn kép trong hệ thống kali-canxi rất khác so với trong hệ chỉ có kali

Dung dịch ι-carrageenan (0,3%) tạo gel mềm, co giãn và yếu, và không có hiệntượng trễ nhiệt trong bước chuyển từ dung dịch sang gel và ngược lại Đó là do trongđơn vị cấu trúc của ι-carrageenan có thêm một nhóm sulphat ở vị trí C2 của đơn vị DA Nhưng dung dịch này hình thành gel cứng khi có mặt của Ca2+ và nồng độ của dung dịchnày ảnh hưởng lớn đến lực gel của ι-carrageenan Gel của - carrageenan được hìnhthành một cách đặc thù bơỉ ảnh hưởng của một vài cation hóa trị 1 Dạng muối Na+ của

-carrageenan không tạo gel hoặc taọ gel yếu và tan trong nước ở nhiệt độ bình thường,nhưng thêm muối tạo gel như muối của K+ , Ca2+ thì ngay lập tức sẽ gây tạo gel

Các cation thêm vào xúc tiến sự tập hợp các xoắn kép của -carrageenan-“siêuxoắn “ Tập hợp này giải thích hiện tượng trễ của -carrageenan Đối với ι-carrageenan,không thấy có hiện tượng trong sự chuyển đổi cấu hình do sự thay đổi nhiệt, điều đókhẳng định rằng có một ít hoặc không có sự tập hợp các xoắn lò xo Do đó, gel của ι-carrageenanđược hình thành dường như chỉ ở mức độ xoắn lò xo

Như vậy, các cation có vai trò quan trọng trong giai đoạn thứ hai của quá trình tạogel khi các phần lò xo của phân tử liên kết vào cấu trúc dưới phân tử

Ngoài ra, một số anion nào đó cũng có ảnh hưởng một cách đặc biệt đến sự chuyểnđổi cấu hình và tập hợp các xoắn lò xo của -carrageenan Các anion oonr định trật tựcấu hình được sắp xếp theo trật tự sau : F<Cl<NO<Br<I Các ion này làm ổn định xoắn

lò xo của -carrageenan nhưng lại ngăn cản sự tập hợp và sự tạo gel

2.2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành gel

Nhiệt độ ảnh hưởng rất rõ nét đến quá trình hình thành gel Điều đó có thể thấyđược qua khảo sát góc quay quang cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ rất rõ nét đến quátrình hình thành gel của các dạng carrageenan

Các dạng carrageenan riêng biệt có điểm nhiệt độ hình thành gel rất rõ ràng carrageenan bắt đầu chuyển đổi từ dạng cuộn sang dạng xoắn ở 23oC, ι-carrageenan -

-58oC

Hỗn hợp được trộn từ - và ι-carrageenan nguyên chất có hai điểm chuyển đổi cấuhình từ cuộn sang xoắn : một của -carrageenan tại nhiệt độ 23oC và một của ι-

carrageenan tại 58oC Trong trường hợp lai hóa -/ι-carrageenan không thấy rõ sự xuấthiện của điểm chuyển đổi từ cuộn sang cuộn xoắn lò xo khi làm lạnh Sự biến mất cácđiểm chuyển đổi cấu hình từ cuộn sang xoắn của các mẫu lai hóa -/ι-carrageenan đượcgiải thích là do sự xuất hiện trong các chuỗi lai hóa hỗn hợp cả hai đơn vị cấu trúc - vàι- xếp liền kề nhau Ngoài ra, sự có mặt của một lượng nhỏ các tiền carrageenan cũng đủ

để ngăn chặn sự hình thành một cách thông thường xoắn lò xo Như vậy là có sự hợp lựctrong hỗn hợp - và ι-carrageenan làm cho tính chất cơ học trong gel thay đổi

Nhiệt độ còn ảnh hưởng lớn tới độ truyền quang học của carrageenan

2.2.2.3 Ảnh hưởng của các tác nhân phân tách phân đoạn KCl

Kết quả nhận được bằng việc khảo sát tính lưu biến và đo góc quay quang cũngphù hợp với kết quả nhận được khi tách phân đoạn với KCl Trong hỗn hợp tự trộn, haidạng -carrageenan và ι-carrageenanluôn độc lập với nhau Chúng có nhiệt độ chuyển đổicấu hình riêng biệt và nhiệt độ tạo gel khác nhau, nên người ta có thể tách riêng biệt từngdạng carrageenan ra khỏi hỗn hợp bằng cách thêm tác nhân phân đoạn KCl với nồng độthích hợp sao cho -carrageenan tạo thành gel (trong pha gel ) và ι-carrageenan không tạogel (trong pha lỏng) Nhưng hỗn hợp lai hóa tự nhiên -/ι-carrageenan không có điểmchuyển đổi cấu hình rõ ràng thì không có khả năng tách riêng biệt từng dạng riêng biệt rakhỏi hỗn hợp cho dù có sử dụng muối tách phân đọa KCl Điều đó được giải thích là do

sự lai hóa cấu trúc giữa các dạng ngẫu nhiên Vì vậy , các tính chất cơ học của gel nhậnđược từ carrageenan còn phụ thuộc nhiều vào các dạng carrageenan và các thành phầncủa nó (tỉ lệ các dạng carrageenan, thậm chí cả tỉ lệ các dạng carrageenan tiền thân sinhhọc của chúng )

Tóm lại, khả năng tạo gel của carrageenan tỉ lệ thuận với nồng độ của chúng vànồng độ nhóm 3,6-anhydro, tỉ lệ nghịch với nồng độ ion sulphat cũng như các dạng khácnhau của carrageenan

Ngoài ra, khả năng tạo gel còn phụ thuộc vaò các dạng ion của kim loại kiềm, kimloại kiềm thổ có mặt

Chính những đặc điểm trên của sự tạo gel mà có thể thay đổi điều kiện để tạonhững gel có tính chất mong muốn

2.3 Tính chất hóa học

2.3.1 Quá trình hình thành liên kết 3,6-anhydro

Đối với carrageenan, có một quá trình đáng lưu ý là chuyển carrageenan từ nhómcấu trúc không có cầu nối 3,6-anhydro-D-galactose (G,D) (như - và -carrageenan)

thành các carrcageenan thuộc nhóm cấu trúc có cầu nối 3,6-anhydro-D-galactose (G,DA)(như - , ι- và -carrageenan) - và -carrageenan được xem như là tiền thân sinh học

tự nhiên của - và ι-carrageenan tương ứng Còn -carrageenan không phải là tiền thânsinh học tự nhiên của -carrageenan vì trong -carrageenan có banhoms este sulphatcụm lại xung quanh nhóm hydroxyl trên C3 của đơn vị 4--D-galactopyranose bảo vệ,ngăn chặn khỏi bị ion hóa và phân cực hóa làm giảm tốc độ phản ứng đóng vòng Hơnthế nữa, -carrageenan mang nhóm este sulphat ở vị trí C2 của đơn vị 3--D-galactopyranose sẽ có một ảnh hưởng khác nữa sinh ra dô tương tác giữa nhóm sulphatnày với nhóm hydroxyl trên vị trí C3 của đơn vị 4--D-galactopyranose Điều này có thểgiải thích tại sao trong tự nhiên không có các dẫn xuất đóng vòng của -carrageena,muốn có được phải thực hiện bằng con đường tổng hợp hóa học với những xúc tác đặcbiệt

Quá trình chuyển nhóm cấu trúc này được thực hiện trong môi trường kiềm mạnh ,cầu nối 3,6-ahydro được hình thành do mất nhóm sulphat tại C6 của tiền thân và đồngthời hình thành cầu nối 3,6-anhydro

Cơ chế của sự hình thành này gồm hai bước Đầu tiên , -galactose-6-sulphat(D6s) chuyển từ cấu hình 4C1 (xích đạo 6-O-SO3-Gal) thành cấu hình 1C4 bởi tăng nhiệt

độ (80-90oC), điều này đặt cả hai nhóm 6-O-SO3-Gal và C3-OH vào vị trí quanh trục Sự

có mặt của kiềm mạnh (NaOH, xúc tác NaBH4) sẽ ion hóa đồng các nhóm hydroxyl tự

do (tại C2,C3 trong -carrageenan; tại C3 trong ι-carrageenan ) của liên kết galactose, sản xuất ra anion O- Bước thứ hai, phản ứng đổi chỗ nucleophil của C6-sulphat bởi sự tấn công của anion O- dẫn đén sự himmhf thành cầu nối 3,6-anhydro trongnhóm galactose tương tự (DA) và sự biến mất của nhóm sulphat tại C6 (cơ chế phản ứngthế SN2) Trong -carrageenan chỉ có anion O- tại C3 là trong vị trí quanh trục lập thểhóa học thuận lợi và do đó chỉ có anion đó phản ứng Đây chính là phản ứng xảy ra trongsản xuất công nghiệp

(14)--D-Hình 2.4 Quá trình chuyển hóa carrageenan trong môi trường kiềm mạnh

Sự hình thành liên kiết cầu nối 3,6-anhydro trong tự nhiên được xúc tác bởi cácenzyme sulphohydroase Các enzyme này tác động tới quá trình sinh tổng hợp tế bào Các tiền thân sinh học hình thành gel -và ι-carrageenan là - và -carrageenan tươngứng Đối với t-carrageenan quan hệ sinh tổng hợp giữa tiền thân và sản phẩm là rõ ràng,nhưng với -carrageenan điều này còn mơ hồ bởi vì một số mẫu lai hóa -/ι-carrageenan

có chứa chỉ -carrageenan như một tiền thân sinh học Sự có mặt của -carrageenan

trong các mẫu của -carrageenan từ Kappaphicus alvarezii cho thấy các sản phẩm của nó

chủ yếu là -carrageenan nguyên chất Điều này, khẳng định -carrageenan là tiền thânsinh học chung cho cả - và ι-carrageenan và mỗi carrageenan khác nhau có quá trìnhsinh tổng hợp trong các giai đoạn khác nhau Hai enzyme sulphohydrolase-I vàsulphohydrose-II xúc tác quá trình hình thành cầu nối 3,6-anhydro Sulphohydrose Inhường sulphat mà không biến đổi độ nhớt của polyme, các enzyme này tấn công mộtcách ngẫu nhiên Còn sulphohydrose II tách sulphat từ việc xử lý -carrageenan dẫn đến

sự hình thành các chuỗi dài liên tục của dimer ι-carrageenan và làm tăng đáng kể tính tạogel của polysaccharide, chứng tỏ có sự hình thành cấu túc xoắn lò xo