tiểu luận về Gum Arabic

Để dễ dàng hơn trong việc lựa chọn chúng ta chia các chất phụ gia thành các nhóm như: nhóm chất bảo quản, nhóm chất tạo màu, nhóm chất tạo vị, nhóm chất ổn định hệ nhũ tương, nhóm chất t

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

Tổng quan về gum: 4

Gum là gì? 4

Phân loại gum: 4

Cấu tạo hóa học của gum: 5

Tính chất chung của gum: 7

Gum arabic: 9

Giới thiệu chung về gum arabic: 9

Định nghĩa về gum arabic: 10

Phân loại gum arabic: 10

Cấu tạo của gum arabic: 11

Tính chất của gum arabic: 16

Ứng dụng: 17

Các dạng sản phẩm arabic có mặt trên thị trường hiện nay: 20

Nguồn khai thác và phương pháp sản xuất: 21

Xu hướng thị trường: 23

KẾT LUẬN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

Vì vậy,việc lựa chọn loại phụ gia nào phù hợp cho sản phẩm cũng là một điều quan trọng Để dễ dàng hơn trong việc lựa chọn chúng ta chia các chất phụ gia thành các

nhóm như: nhóm chất bảo quản, nhóm chất tạo màu, nhóm chất tạo vị, nhóm chất ổn định hệ nhũ tương, nhóm chất tạo gel và làm đặc,…

Các chất dạng gum là những chất thuộc nhóm phụ gia tạo gel và làm đặc Chúng có tác dụng cải tạo cấu trúc mà không làm thay đổi các tính chất cảm quan (mùi,vị,…)

Ngoài ra còn có một số chất có tác dụng tạo gel, tạo bọt, làm bền hệ nhũ tương,…Gum

Arabic là một loại phụ gia dạng gum nên nó có những tính chất chung của những phụ

gia dạng gum và những tính chất đặc trưng cũng như công dụng riêng Để tìm hiểu rõ

hơn về điều này, chúng em đã được thầy phân công thực hiện bài tiểu luận về “Gum

Arabic” Trong quá trình làm bài tiểu luận chúng em đã nhận được sự chỉ bảo tận tình

của thầy Lê Văn Nhất Hoài cùng sự giúp đỡ của bộ phận thư viện và các anh chị khóa

trên Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người đã giúp chúng em làm bài tiểu luận này

Dù rất cố gắng nhưng chúng em không thể tránh khỏi những sai sót nhất định trong quá trình tìm kiếm tài liệu và tổng hợp bài Chúng em rất mong sự góp ý chân thành từ thầy và các bạn Chúng em xin càm ơn

I Tổng quan về gum:

1 Gum là gì?

Gum là những hợp chất keo và nước (hydrocolloid) có bản chất là các

polysaccharide chất tạo nên từ các monomer thường gặp là galactose, glucuronic acid, uronic acid, arabinose, rhamnose và mannose… Các gum thường có nguồn gốc từ thực vật và vi sinh vật Khi hoà tan vào dung dịch chúng đóng vai trò như là những chất điều khiển hoạt động của các phân tử nước nhằm chống lại sự chảy làm tăng độ nhớt của dung dịch hoặc hình thành nên trạng thái gel Nhờ những đặc tính này mà gum có công dụng rất phổ biến trong công nghệ thực phẩm vì vai trò là chất phụ gia tạo cấu trúc cho các sản phẩm

2 Phân loại gum:

Có nhiều cách để phân loại gum:

Dựa trên nguồn thu nhận Gum mà người ta có thể phân loại Gum vào những

 Nhóm chiết xuất từ thực vật (Plant extracts): Pectins, cellulose…;

 Nhóm có nguồn gốc lên men hay từ vi sinh vật: Xanthan gum, Gellan gum,

curland

 Nhóm dẫn xuất của cellulose: CMC (carboxymethyl cellulose), hydroxypropyl cellulose (HPC), Hydroxypropyl methylcellulose (HPMS), Methyl cellulose

(MC);

 Nhóm chiết xuất từ củ, rễ: Konjac mannan;

 Dựa vào cấu trúc hoá học và cấu trúc không gian có thể chia làm 3 nhóm:

Theo hình dạng:

 Mạch thẳng: Algins, carrageenans, cellulosics, furcellaran, konjac mannan, pectin;

Theo thành phần các tiểu đơn vị (monomeric units):

 Homoglycans: Cellulosics, curland

 Diheteroglycans: Agarose, algins, carrageenans, furcellaran, galactomannans, kojac mannan, pectins;

 Triheteroglycans: Gellan gums, xanthan gums;

 Tetraheteroglycans: Gum arabics;

 Pentaheteroglycans: Gum tragacanth

3 Cấu tạo hóa học của gum:

Gum là polymer được tạo nên bởi các monomer là các đường hoặc dẫn xuất của đường, bao gồm: glucose, galactose, mannose, fucose, glucuronic acid, rhamnose, arabinose, xylose,…

Xanthan gum Galactomannan

Guar gum, locust bean gum

Cellulose

Tragacanth Hình 1: một số loại gum thông dụng

4 Tính chất chung của gum:

Trong thực tế một dung dịch gum không được xem là một dung dịch thực bởi vì nó chịu tác động bởi nhiều yếu tố: kích thước phân tử biểu kiến của các hạt gum phân tán trong dung dịch cũng như sự tương tác qua lại giữa chúng với nhau và với dung môi Do

đó, chúng có khả năng cản trở sự chảy, tạo độ nhớt và có thể hình thành trạng thái gel

Vì thế, thuật ngữ “dung dịch keo” ( hydrocolloid) hay chất lỏng “giả dẻo”

(pseudoplastic) hay lưu chất phi Niuton thường được gán cho chúng Hơn thế nữa, hầu hết các gum thực phẩm đều là những chất góp phần làm ổn định cấu trúc cho thực phẩm: khả năng làm bền hệ nhũ tương, hệ huyền phù , tạo két cấu : tạo khối, tạo màng, bảo vệ

sự xâm nhập và phân cắt của enzyme,…

Các gum thực phẩm phaie lac những chất không màu (colorless), không mùi

(oderless), ckhông vị (tasteless) và không gây độc (non- toxic) Tất cả các loại gum ngoại trừ tinh bột, các dẫn xuất của của tinh bột đều không sinh năng lượng và chúng còn được xem là những chất xơ hòa tan (soluble dietary fiber)

Bảng 1: một số tính năng công nghệ của một số loại gum

Bảng 2:một số tính chất của các loại gum

sự có mặt của chất điện ly, ở khoảng pH

II Gum arabic:

1 Giới thiệu chung về gum arabic:

Gum arabic hay còn gọi là gum Acacia là một loại nhựa cây và là một thứ hàng hóa quan trọng trong thời cổ đại Chúng được

người Ai Cập sử dụng để ướp xác và làm thuốc

màu cho các bảng khắc chữ tượng hình cổ Từ

xa xưa, con người đã biết gum arabic có trong

các loại cây thuộc chủng Acacia, phân họ

Mimosoideae và họ Leguminosae với khoảng

500 loài Loài cây này phát triển rộng rãi khắp

vành đai Sahelian của châu Phi, bắt đầu từ phía

nam xích đạo cho đến tận sa mạc Sahara, từ

phía tây Senegal cho đến phía đông Somalia; các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới châu

Mỹ, Ấn Độ, Úc, Trung Mỹ và Tây Nam Bắc Mỹ Những nước sản xuất gum chủ yếu phải kể đến Cộng hòa Xuđăng, Tây Phi Các nước có sản lượng gum khá lớn như

Nigeria, Tanzania, Marôc và Ấn Độ Cây Acacia thường cao 4,57- 6,096 m Gum được tiết ra từ những vết nứt của vỏ cây, sau đó khô lại thành các hạt lớn

2 Định nghĩa về gum arabic:

Gum arabic ( Acacia Gum) có kí hiệu quốc tế INS là 414, chưa xác định được lượng tối đa cho phép con người có sử dụng trong một ngày ( Aceptable Daily Intake) nhằm đảm bảo an toàn đối với sức khỏe con người

Theo tổ chức JECFA công bố năm

1997 thì gum arabic được định nghĩa đầy

đủ như sau: Gum arabic theo tiếng Ả Rập

là một loại dịch nhựa được tiết ra từ thân

và các cành của cây Acacia Senagal (L)

Willdenow hoặc các loài có liên quan chặt

chẽ với chúng Gum Arabic cũng được

thu nhận từ cây seyal là một loài họ hàng

của cây acacia senegal Gum Arabic bao

gồm các polysaccharide cao phân tử, canxi, magie, kali và các sản phẩm thủy phân như arabinose, galactose, rhamnose, glucurnic axit

Đây được xem là định nghĩa chuẩn nhất về gum arabic cho đến hiện nay

3 Phân loại gum arabic:

Dạng gum được bán trên thị trường thường chứa thêm gum của các loài Acacia khác ngoài Acacia senegal, chủ yếu là của cây Acacia seyal Tại Sudan, gum của Acacia Senegal và Acacia seyal còn được gọi là hashab và talha

 Vì vậy , dựa vào nguồn cung cấp, chúng ta có thể phân gum arabic ra làm hai loại:

 Loại được lấy từ cây Acacia Senagal (Hashab):loại này có dạng rắn, có màu từ vàng nhạt đến vàng nâu, có những vết nứt giống thủy tinh

 Loại được lấy từ cây Acacia seyal (Talha): chúng có màu sậm, bở hơn và hiếm khi có mặt trong các lô hàng xuất khẩu

Hashab chắc chắn là sản phẩm chính , nhưng gần đây người ta đã khám phá thêm những ứng dụng mới của talha, và những khám phá này đã làm tăng đáng kể của loại gum tạm gọi là hàng thứ cấp này Tuy nhiên, rất khó để xác định chính xác tỷ lệ thực tế của hai loại gum này trên thị trường vì chúng không ngừng biến đổi

 Dựa vào cách phân loại, chúng ta có các dạng tiêu biểu sau:

 Loại được lựa chọn thủ công: là loại đắt nhất, sạch nhất, màu sáng nhất và kích thước các hạt là khá lớn

 Loại đã được làm sạch và sàng: loại gum có được sau quá trình lựa chọn thủ công

và sàng Bao gồm dạng nguyên miếng hay dạng miếng bị vỡ có màu sắc thay đổi

4 Cấu tạo của gum arabic:

Gum arabic từ loại Acacia Senegal và Acacia seyal là hỗn hợp các polysaccarit tạo nhánh cao Mạch chính của polysaccarit được tạo thành từ các đơn vị D-

galactopyranose liên kết bởi các liên kết ᵦ-D-(1,4) và ᵦ-D-(1,6) Các mạch bên được tạo thành từ các đơn vị D- galactopyranose thường được gắn bằng các liên kết ᵦ-D-(1,3) Các gốc L-rhamnopyranose hay L-arabinofuranose được gắn với các mạch bên này như cac đơn vị cuối mạch Các đơn vị D-glucuronic axit thường được gắn bằng liên kết ᵦ-D-(1,6) với các đơn vị D-galactose và các đơn vị L-arabinofuranose thường được gắn với các đơn vị D-glucuronic axit bằng liên kết 1,4.

Hình 2:cấu trúc của Gum Arabic

Cả hai loại đều chứa một lượng nhỏ các hợp chất Ntơ (những hợp chất ni tơ này không thể tách ra được trong quá trình tinh sạch) Thành phần hóa học của chúng thay đổi nhẹ theo nguồn gốc, thời tiết, mùa, độ tuổi của cây… các thành phần chủ yếu của mỗi loại được liệt kê trong bảng 3

Bảng 3 : đặc điểm của 2 loại gum Acacia Sengal và Acacia Seyal

Gum Acacia seyal có hàm lượng đường rhamnose và acid glucoronic thấp hơn gum Acacia Senegal nhưng lại chứa hàm lượng arabinnose và 4-O-methyl glucuronic cao hơn

hơn Bên cạnh đó, hàm lương các hợp chất Nitơ trong gum Acacia seyal cũng thấp hơn Góc quay cực của cả hai loại gum rất khác nhau Thành phần amino acid của hai loại tương tự nhau, bao gồm chủ yếu là hydroxyproline và serine (bảng 4)

Bảng 4: thành phần amino acid của hai loại gum arabic (g/1000g phần còn lại)

Acacia senegal Acacia seyal

tương ứng với những thành phần giàu protein và chỉ chiếm khoảng 1% khối lượng tổng cộng phần này có khối lượng phân tử khoảng 200000

Hình 3: Sự phân bố phân tử lượng của 2 loại gum qua sắc ký lọc gel xác định bởi đầu dò

đo chỉ số khúc xạ (a) và quang phổ hấp thu UV ở bước 206nm (b)

Hầu hết các nghiên cứu cấu trúc đều liên quan đến gum từ loài Acacia Senegal Phân tích Carbohydrate cho thấy những thành phần của loại gum này (tương ứng với 3

peak trên quang phổ hấp thu tử ngoại đều có cấu trúc phân nhánh cao bao gồm một mạch chính là các liên kết -1, 3-D-galactose và phân nhánh kéo dài bằng các liên kết 3-

và 6- galactose và 3- arabinose Rhamnose và acid glucuronic nằm ở ngoài rìa của phân

tử để kết thúc một vài nhánh (hình 4)

Hình 4: Cấu trúc phân nhánh của Acacia Senagal

Phần chính (peak 1) thường chứa <1% protein Phần tương ứng với peak 2 có lượng protein chiếm khoảng 10% Khi thành phần này bị phân cắt bởi các enzyme phân giả protein thì nó sẽ trở nên có cấu trúc “đan hoa”, khi đó một số thành phần Carbonhydrate với khối lượng khoảng 250000 liên kết với những chuỗi polypeptide (hình 5)

Hình 5: Cấu trúc “đan hoa” của phân tử gum Acacia Senagal

Phần tương ứng với peak 3 chứa hàm lượng acid glucuronic thấp hơn hai phần còn lại và lượng protein chiếm 20-50% Vì phần này không bị ảnh hưởng dưới tác động của enzyme phân giải protein nên người ta cho rằng thành phần chứa protein của nó nằm trong vùng trung tâm phân tử Khác với các acid amin chủ yếu của phần tương ứng của peak 1 và 2 là hydroxyproline và serin, thành phần acid amin chủ yếu đối với phần tương ứng peak 3 lại là aspartic, serine, leucine và glycine Cả ba phần đều tác đọng lẫn nhau và có phản ứng với thuốc thử Yariv, do đó có thể phân chúng vào loại hợp chất arabinogalactan-protein (AGPs)

5 Tính chất của gum arabic:

 Gum arabic dễ dàng hoà tan trong nước tạo thành dung dịch trong suốt có màu từ vàng nhạt đến vàng nâu tại pH khoảng 4,5

 Gum Arabic là một lưu chất Niuton,có tính hơi axit

 Dung dịch Gum Arabic có độ nhớt tương đối thấp.Cấu trúc phân nhánh bậc cao của gum Senegal góp phần gia tăng lực liên kết giữa các phân tử, kết quả là dung dịch gum trở nên nhớt khi có nồng độ cao Những so sánh về độ nhớt giữa gum arabic với xanthan gum và sodium CMC là những phụ gia tạo đặc thông dụng được cung cấp trên hình 5

Hình 6: So sánh độ nhớt của dung dịch Gum Arabic 30% với dung dịch Xanthan Gum

1% và dung dịch CMC 1%

Có thể thấy rằng dung dịch gum arabic nồng độ 30% có độ nhớt vẫn thấp hơn dung dịch xanthan gum 1% và dung dịch sodium CMC có nồng độ thấp hơn Thêm vào đó, trong khi dung dịch gum arabic là lưu chất Newton với độ nhớt là hằng số thì cả dung dịch xanthan gum và sodium CMC lại thể hiện tính chất của một lưu chất phi Newton Điều này được giải thích rằng: hai loại sau có dạng phân tử mạch thẳng và các mối liên kết nội phân tử dễ dàng được hình thành, trong khi điều này lại không hề xảy ra đối với các phân tử gum arabic có độ phân nhánh cao Độ nhớt giảm khi có mặt của các chất điện ly do sự tích điện trên màng và tại pH thấp thì các nhóm carboxyl trở nên không phân ly

Một tính chất công nghệ quan trọng khác của gum arabic là khả năng hoạt động như một nhũ hoá cho tinh dầu và hương thơm Như đã biết, các hợp phân có phân tử lượng lớn giàu protein sẽ hấp phụ một cách chọn lọc trên bề mặt của các giọt dầu nhỏ Người

ta dự đoán rằng các chuỗi polypeptide kỵ nước hấp phụ và giữ chặt các phân tử trên bề mặt trong khi những thành phần carbonhydrate ức chế sự tạo bông và sự kết lại thông qua lực tĩnh điện và lực nay không gian (hình 7) Vì chỉ có một phần gum tham gia vào

quá trình nhũ hoá nên nồng độ gum cần thiết đẻ tạo nhũ lớn hơn rất nhiều so với nồng độ của protein nguyên chất

Ví dụ: để tạo nhũ tương tinh dầu cam 20% thì cần nồng độ gum Arabic là 12% Một khi đã hình thành thì hệ nhũ tương sẽ đạt được trạng thái bền trong một thời gian dài mà không có dấu hiệu bị kết tụ lại

Hình 7: giản đồ mô tả sự hấp phụ các giọt dầu trên bề mặt gum arabic

 Gum arabic phản ứng với các polyme cationic như gelatin để tạo thành các giọt tụ được sử dụng với mục đích vi bọc Gum arabic là vật liệu phủ bọc được sử dụng nhiều nhất khi đem sản phẩm cần lưu giữ hương đi sấy phun Nó là một chất nhũ hóa tự nhiên và được sử dụng như một thuốc hãm hương thơm trong sản xuất hương thơm đậm đặc nghiền thành bột So với các maltodextrin, gum arabic có cho khả năng lưu giữ hương vị tốt hơn trong quá trình làm khô và bảo quản Hỗn hợp maltodextrin và gum arabic được sử dụng thành công để bọc các hương thơm bền chống lại quá trình oxy hóa

6 Ứng dụng:

Công nghiệp bánh kẹo

Ứng dụng quan trọng nhất của gum

Arabic là trong công nghiệp bánh kẹo và nó

được sử dụng trong nhiều sản phẩm khác

nhau bao gồm kẹo gum, kẹo mùi, kẹo dẻo và

kẹo bơ cứng Trong các sản phẩm kẹo,

chúng được sử dụng như một loại nước men

do chúng có khả năng làm đặc

 Đối với kẹo cao su, gum arabic được

sử dụng như một một thành phần của

nguyên liệu do tính chất không màu,

không mùi, không độc, không ảnh

hưởng đến mùi vị của sản phẩm.

 Đối với kẹo dẻo, gum được sử dụng như là một chất làm bền bọt Trong khi đó, đối với kẹo bơ cứng thì nó được sử dụng để nhũ hoá các chất béo Các công thức điển hình được cung cấp ở bảng 4 và 5 Gum Arabic còn được sử dụng để tạo một lớp nước bóng bên ngoài các quả hạch và các sản phẩm tương tự

 Đối với các sản phẩm bánh, gum được sử dụng để cố định mùi, ngăn chặn sự kết tinh của đường cũng như nhũ hóa chất béo

Bảng 5: thành phần chính của kẹo dẻo (Marshmallow)

Trong sản xuất mứt dẻo

Gum arabic được trong công nghệ sản xuất mứt dẻo

nhằm mục đích cố định màu và ngăn chặn sự kết tinh của

đường cho sản phẩm

Trong sản xuất kem, đá, bơ sữa

Chúng được sử dụng với vai trò là chất ổn định, làm

đặc và là chất cố định hương