TÌM HIỂU VỀ PHỤ GIA GUM ARABIC ,GUAR GUM, GUM GHATTI

Trong quá trình chế biến một số loại thực phẩm mà yêu cầu của các sản phẩm đóphải đạt đến độ đặc, độ nhớt nhất định, người ta thường bổ sung các phụ gia tạo đặc vàosản phẩm.. Phụ gia tạo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH



VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

MÔN: PHỤ GIA THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ PHỤ GIA GUM ARABIC,

GUAR GUM, GUM GHATTI.

SVTH: TỪ TÔN QUÝ MSSV: 09081961 GVHD: NGUYỄN THỊ HOÀNG YẾN

TP.HCM, ngày 12 tháng 11 năm 2011

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Từ lâu, nhân loại đã biết sử dụng các loại lá, củ, quả có trong tự nhiên làm một sốphụ gia, để tăng giá trị cảm quan của thực phẩm như: Hương vị, màu sắc, độ nở, tínhdẻo… của thực phẩm Gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học - kỹthuật, công nghiệp thực phẩm cũng phát triển theo để đáp ứng nhu cầu đời sống của conngười đang ngày một cao Nhằm tạo ra nhiều sản phẩm có chất lượng thương phẩm cao,

hấp dẫn…, việc sử dụng các chất phụ gia trong bảo quản, chế biến thực phẩm đang ngàycàng được coi trọng.

Phụ gia thực phẩm là một chất có, hoặc không có giá trị dinh dưỡng, bản thân nókhông được tiêu thụ thông thường như một thực phẩm, nhưng được chủ động bổ sungvào thực phẩm, cải thiện kết cấu hoặc đặc tính kỹ thuật của sản phẩm Nó tồn tại trongthực phẩm như một thành phần với giới hạn tối đa cho phép Phụ gia thực phẩm có thể bổsung trực tiếp vào thực phẩm, hoặc gián tiếp thông qua nguyên liệu

Trong quá trình chế biến một số loại thực phẩm mà yêu cầu của các sản phẩm đóphải đạt đến độ đặc, độ nhớt nhất định, người ta thường bổ sung các phụ gia tạo đặc vàosản phẩm Phụ gia tạo đặc là một hay một nhóm chất mà khi đưa vào thực phẩm (thường

ở dạng lỏng) với một lượng rất nhỏ, chúng có thể làm cho độ nhớt của những thực phẩmnày tăng lên mà không làm thay đổi tính chất đặc trưng vốn có của sản phẩm thực phẩmnhư màu, mùi, vị… Ngoài ra, một số chất tạo đặc còn có tác dụng tạo gel, làm bền và làm

ổn định cấu trúc của các loại thực phẩm (làm bền hệ nhũ tương hay ổn định trạng thái lơlửng của hệ huyền phù trong nước quả) Hiệu quả của những chất tạo đặc rất lớn vì chicần được đưa vào hỗn hợp ở một nồng độ rất nhỏ các chất này cũng có thể tạo nên mộtdung dịch có độ nhớt đáng kể Vì vậy chúng thường được ứng dụng làm phụ gia tạo đặccho các loại thực phẩm dạng đặc, sệt như nước sốt quả, salad, các loại bánh pudding ănliền …

Để biết được các phụ gia tạo đặc có nguồn gốc từ đâu, cấu tạo hóa học của chúngnhư thế nào, chúng được sử dụng trong chế biến các loại thực phẩm nào, và khả năng

tạo đặc của nó ra sao? Chúng ta sẽ tìm hiểu những điều này thông qua việc: “Tìm hiểu về

phụ gia Gum arabic, Gum ghatti, Guar gum”

Để có thể hoàn thành tốt bài tiểu luận này, em xin chân thành cảm ơn nhà trường đãtạo điều kiện cho việc tìm kiếm tư liệu liên quan đến bài tiểu luận được dễ dàng hơn Vàđồng thời, em cũng cám ơn cô Nguyễn Thị Hoàng Yến đã hướng dẫn và giúp đỡ em vềcách làm bài tiểu luận này

Tuy đã cố gắng hết sức nhưng không thể tránh khỏi những sai xót về nội dung cũngnhư hình thức trình bày Rất mong nhận được sự đóng góp và bổ sung từ cô và các bạn.

Tp.HCM, ngày 12 tháng 11 năm 2011

sự chảy làm tăng độ nhớt của dung dịch hoặc hình thành nên trạng thái gel Nhờ những

Guar gum Locust bean gum

Arabic Tragacanth Karaya Ghat

Xanthan gum

Gellan gum

Curland

GUM Thực phẩm

đặc tính này mà gum được ứng dụng rất phổ biến trong cơng nghệ thực phẩm với vai trò

là chất phụ gia tạo cấu trúc cho các sản phẩm

2. Phân loại gum

Cĩ nhiều cách phân loại Gum:

Dựa trên nguồn thu nhận Gum mà người ta cĩ thể phân loại Gum vào những nhĩmsau:

 Nhĩm chiết xuất từ nhựa cây (Exudates extracts): gum Arabic, gumtragacanth, gum karaya, gum ghatti

 Nhĩm chiết xuất từ hạt (Seed Gums): Guar gum, Locust bean gum (hayCarrob bean gum), Tara gum

 Nhĩm chiết xuất từ tảo biển (Seaweed extracts): Algins, carrageenans, agar,furcellaran

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

 Nhĩm cĩ nguồn gốc lên men hay từ vi sinh vật: Xanthan gum, Gellan gum,curland

 Nhĩm dẫn xuất của cellulose: CMC (carbonxymethyl celluose),hydroxypropyl cellulose (HPC), Hydroxypropyl methylcellulose (HPMS),Methyl cellulose (MC)

 Nhĩm chiết xuất từ củ, rễ: Konjac mannan

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

o Loại 2 (mức độ phân nhánh phức tạp – banrch-on-branch): Gumarabic, gum tracaganth (tragacathin)

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

 Homogltcans: Cellulosics, curland

 Diheteroglycans: Agarose, algins, carageenans, furcellaran,galactomannans, kojac mannan, pectins

 Triheteroglycans: Gellan gums, xanthan gums

 Tetraheteroglycans: Gum arabics

 Pentaheteroglycans: Gum tracaganth

 Theo độ phân cực

Nhóm gum trung tính: Agarose, HPMCs, MCs, galactomannans, kojacmannan

Nhóm gum tích điện âm (tính acid): Algins, CMCs, carageenans, furcellaran,gellan gums, gum arabics, gum tragacanth, pectins, xanthan gums.

3. Tính chất chung

Trong thực tế một dung dịch gum không được xem là một dung dịch thực bởi vì nóchịu tác động bởi nhiều yếu tố: kích thước phân tử biểu kiến của các hạt gum phân tántrong 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 (resistance to flow), tạo độ nhớt và có thể hìnhthành trạng thái gel Vì thế, thuật ngữ “ dung dịch keo” (hydrocollid) hay chất lỏng “giảdẻo” (pseudoplastic) thường được gán cho chúng Hơn thế nữa, hầu hết các gum thựcphẩm đều là những chất góp phần ổn định cấu trúc cho thực phẩm: khả năng làm bền nhũtương, hệ huyền phù, tạo kết cấu: tạo khối, tạo màng…, bào vệ sự xâm nhập và phân cắtcủa enzyme,…

Bảng 1 – Tính năng công nghệ của một số loại gum thực phẩm

Yêu cầu sử dụng gum: các gum thực phẩm phải là những chất không màu(colorless), không mùi (oderless), không vị (tasteless) và không gây độc tính (non-toxic).Tất cả các loại gum trừ tinh bột, các dẫn xuất của tinh bột đều không sinh năng lượng vàchúng còn được xem là những chất xơ hòa tan (soluble dietary fiber).

Như vậy, thông qua những tính năng đặc biệt của chúng mà việc lựa chọn loại gumnào sử dụng cho một loại thực phẩm nhất định còn tùy thuộc vào ý muốn của người sảnxuất sao cho đem lại hiệu quả sử dụng cao nhất

4. Khả năng tạo đặc của gum

Khả năng tạo độ đặc là một trong những ứng dụng quan trọng trong việc sử dụnggum vào thực phẩm nhằm đạt được cấu trúc mong muốn như độ dẻo, độ đặc quánh, độsệt… Trong số các loại gum thực phẩm, chi có một số gum được ứng dụng làm phụ giatạo đặc Một số gum trong số này cũng có khả năng hình thành gel ở những điều kiện xácđịnh (pH, nhiệt độ, các cation…) Tuy nhiên, ở đây ta chi xét đến tính năng tạo đặc củachúng Tính năng này liên quan đến độ nhớt do dung dịch gum tạo nên khi hòa tan vàonước Khả năng tạo độ nhớt sẽ là khác nhau giữa các loại gum: gum Arabic có khả năngtạo độ nhớt là thấp nhất trong khi xanthan gum có khả năng tạo độ nhớt là cao nhất

Hình I.1 - Độ nhớt của mốt số dung dịch gum

Hình I.2 - Độ nhớt của một số dung dịch gum

Dưới đây là một số gum tạo đặc quan trọng trong công nghệ thực phẩm:

Loại gum Tính chất đặc trưngXanthangum Độ nhớt rất cao, không bị ảnh hưởng bởi

sự có mặt của chất điện ly, ở khoảng pH rộng và ở nhiệt độ cao

Galactomannans(guar và locust bean gum) Độ nhớt rất cao Không bị ảnh hưởng bởi

sự có mặt của chất điện ly nhưng có thể

mất độ nhớt ở pH cao hay thấp hay ở nhiệt

độ caoCarboxymenthyl cellulose (CMC) Độ nhớt cao nhưng bị giảm khi có chất

5. Cách sử dụng phụ gia tạo đặc

Khi sử dụng gum hay bất kỳ một loại phụ gia tạo đặc đầu phải tuân theo hướng dẫn

và quy định của Bộ Y tế về loại phụ gia được sử dụng trong danh mục (áp dụng cho từngloại sản phẩm cụ thể) cũng như liều lượng sử dụng các loại phụ gia đó

Các loại gum có trên thị trường là hỗn hợp dạng bột mịn nên tùy vào trạn thái, tínhchất của sản phẩm và phụ gia mà việc đưa phụ gia vào phải theo những quy tắc sau:

 Đối với gum sử dụng dạng lỏng: nước quả, nước sốt…

Một số gum có khả năng hydrate hóa rất tốt nhưng khả năng phân tán kém nhưxanthangum, guar gum… Nếu trực tiếp cho vào phối hợp với sản phẩm có thể dẫn đếnhiện tượng vón cục, tạo thành những khối trương nở không phân tán đều trong dung dịch

Vì thế, trước khi sử dụng ta cần phải hòa tan chúng ở dạng dung dịch, điều này vừa giúptạo điều kiện thuận lợi cho việc phân bố đều các phân tử vào sản phẩm vừa dễ dàng kiểmsoát quá trình tạo đặc cũng như tiết kiệm thời gian chế biến Bên cạnh đó, cần phải chú ýmột số yếu tố ảnh hưởng khác trong khi pha trộn như nhiệt độ, vận tốc khuấy, pH… vìmột số gum chi có thể hòa tan tốt trong nước nóng (80-95oC), một số gum có khả năngphân tán kém cần phải chọn vận tốc khuấy lớn

Có thể thực hiện quá trình này bằng nhiều cách:

• Bổ sung từ từ gum vào nước có khuấy đảo

• Phân tán đều gum vào cồn, glycerine hoặc propylene glycol, hay các chất lỏng cóthể hòa trộn với nước nhưng không làm trương nở gum trước khi bổ sung vàonước, hoặc có thể phân tán gum vào các chất lỏng không hòa trộn được với nước,như dầu khoáng hay dầu thực vật, trước khi bổ sung vào nước

• Đưa gum qua phễu vào máy hút, tại đó nó sẽ được phân tán đều trong nước có vậntốc chảy cao

 Đối với gum sử dụng dạng khô: các loại bột nước giải khát uống liền, bột làm bánh

pudding, jelly…

Trong trường hợp này các bột sử dụng là một hổn hợp gồm nhiều thành phần khácnhau như đường, bột nước quả, các phụ gia khác… Khi đó, chúng ta có thể nhào bột nàyvới dung môi để tạo thành hổn hợp sền sệt trước rồi mới thực hiện quá trình phối trộnchính hoặc cho hổn hợp dạng bột này trực tiếp vào dung môi khi pha chế.

II. MỘT SỐ GUM ĐƯỢC SỬ DỤNG LÀM PHỤ GIA TẠO ĐẶC

1. Gum arabic

1.1. Giới thiệu

Gum arabic (hay gum Acacia) là một loại nhựa cây và được xem như một thứ hànghóa quan trọng từ thời cổ đại Nó được sử dụng để ướp xác và làm thuốc màu cho cácbảng khắc chữ cổ Theo truyền thống thì loại gum này được thu hoạch từ cây Acacia xuất

xứ Senegal (Acacia Senegal) Loài cây này phát triển rộng rãi khắp vành đai Sahelian củachâu Phi, bao gồm từ phía nam xích đạo lên đến tận sa mạc Sahara và từ phía tây Senegalkéo dài đến phía đông Somalia Chất gum gi ra từ thân cây và cành cây (thường từ 5 nămtuổi trở lên) khi chúng phải chịu đựng những điều kiện khắc nghiệt như khô hạn, đấtnghèo dinh dưỡng hay cây bị tổn thương Với một chiếc rìu, người ta sẽ tiến hành rútnhựa cây bằng cách rạch nhẹ lên lớp vỏ cây để kích thích nhựa tiết ra nhiều hơn và cũngtránh làm tổn hại đến cây, tương tự như cách ta lấy mủ cao su ở Việt Nam Chất nhựadính này sẽ khô lại, bám trên các cành cây thành những hạt cứng có thể gỡ bằng tay vàđược phân loại tùy theo màu sắc và kích cỡ Dạng thương mại của chúng thường chứa

thêm gum của những loại Acacia khác ngoài Acacia senegal, chủ yếu là từ loài Acacia

seyal Tại Sudan, gum của Acacia senegal và Acacia seyal còn được gọi là hashab và

talha Hashab có dạng rắn, màu vàng nhạt đến vàng nâu, có những vết nứt giống thủytinh; còn talha thì có màu sậm, bở hơn và hiếm khi thấy có mặt trong các lô hàng xuấtkhẩu Hashab chắc chắn là sản phẩm chính, nhưng gần đây người ta khám phá thêmnhững ứng dụng mới của tahla, và những khám phá này đã làm tăng đáng kể giá trị củaloại gum tạm gọi là thứ cấp này Tuy nhiên, rất khó để xác định chính xác tỷ lệ thực tếcủa hai loại gum này trên thị trường vì chúng không ngừng biến đổi Một số dạng tiêubiểu có giá trị được giới thiệu sau đây:

 Loại được lựa chọn thủ công: là loại đắt nhất, sạch nhất, màu sáng nhất và kíchthước các mẫu 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

từ vàng nhạt đến màu hổ phách đậm

 Loại được làm sạch: đạt tiêu chuẩn, có màu hổ phách từ nhạt đến đậm Có chứacác loại sạn nhưng đã được loại bụi

 Loại sạn sau sàng: những hạt nhỏ còn lại sau khi đã qua các khóa phân loại trước

đó Chứa cát, vỏ cây và các chất bẩn

 Loại bụi: các hạt rất nhỏ thu thập được sau quá trình làm sạch Có chứa cát và bụibẩn

 Loại đỏ: gồm các hạ màu đỏ sậm

Hình 1.1 - Cây Acacia Senegal

Gum arabic sau khi thu hoạch 1.2. Sản xuất

Để thâm nhập được vào thị trường Âu-Mỹ, một số loại gum được xử lý để nâng caochất lượng và thuận tiện cho khách hàng sử dụng, mặt khác cũng làm tăng giá trị củachúng, ở vào mức khoảng 1000 USD đến 1500 USD/tấn Quy trình xử lý có thể bao gồmquá trình nghiền cơ học (nghiền thô) để phá vỡ các hạt lớn thành những hạt nhỏ có kíchthước khác nhau Một trong những điều kiện thuận lợi của guim nghiền là nó có tốc độhòa tan tốt hơn dạng tảng lớn Người ta cũng sản xuất những dạng gum theo phươngpháp sấy phun và roller-dried Những quá trình này liên quan đến sự hòa tan của gum vàonước, phụ thuộc vào nhiệt độ và sự khuấy trộn Nhiệt độ được giữ ở mức tối thiểu để bảođảm cho gum không bị biến tính, ảnh hưởng không tốt đến các tính năng công nghệ củagum Sau khi các loại hóa chất không hòa tan bằng cách gạn, chắt, lọc, dung dịch gumđược phun vào dòng khí nóng, nước chanh nóng bay hơi hay bột gum khô, kích thước từ

50 đến 100 micromet, được tách khỏi dòng không khí nóng nhờ một cyclone Đối với sấyroller-dried, dung dịch được cho chảy trên bề mặt của các ống cuộn Các ống này đượcgia nhiệt bởi các dòng hơi và nước trong dung dịch sẽ bay hơi và được cuốn đi nhờ cácdòng không khí Độ dày của màng gum tạo ra trên bề mặt của các ống được điều chinhbởi khe hở giữa các ống Màng gum được cắt ra khỏi ống thành những mảnh nhỏ khoảngvài trăm micromet nhờ một lưỡi dao mỏng và dẻo Gum sấy phun và sấy roller có ưu

điểm hơn hẳn gum thô và gum nghiền ở chỗ chúng hầu như không bị nhiễm vi sinh vật

và có tốc độ hòa tan nhanh hơn

1.3. Cấu trúc

Gum từ loài Acacia Senegal và Acacia seyal là hỗn hợp các polysaccharide và cảhai loại đều chứa một lượng nhỏ các hợp chất nitơ (những hợp chất nitơ này không thểtách ra được trong quá trình tinh sạch) Thành phần hóa học của chúng thay đổi nhẹ theonguồn gốc, thời tiết, mùa, độ tuổi của cây…, các thành phần chủ yếu của mỗi loại đượcliệt kê trong bảng 1.2

Bảng 1.2 – Đặc điểm của 2 loại gum Acacia Senegal và Acacia seyal

Gum Acacia seyal có hàm lượng đường rhamnose và acid glucoronic thấp hơn gumAcacia Senegal nhưng lại chứa hàm lượng arabinose và 4-O-methyl glucoronic cao hơn.Bên cạnh đó, hàm lượng các hợp chất nitơ trong gum Acacia seyal cũng thấp hơn Gócquay cực của hai loại gum rất khác nhau Thành phần amino acid của hai loại tươngđương nhau, bao gồm chủ yếu là hydroxyproline và serine (bảng 1.3)

Bảng 1.3 – Thành phần amino acid của hai loại gum arabic (g/1000g phần còn lại)

Khối lượng phân tử trung bình của gum Acacia seyal lớn hơn gum Acacia Senegal.Khối lượng phân tử của hai loại gum được xác định bằng phương pháp sắc kí lọc gel sửdụng chi số khúc xạ kết hợp với quang phổ phát xạ và quang phổ hấp thu tử ngoại (bướcsóng 206nm), được giới thiệu trong hình 1.4a và 1.4b Chi số khúc xạ là một thước đo rấtnhạy với nồng độ gum và kết quả mô tả gum cho thấy gồm hai phần, phần chính thể hiệnbằng peak 1 với diện tích chiếm gần 90% có khối lượng phân tử vào khoảng vài trămnghìn và phần còn lại (peak 2) chiếm 10% có khối lượng phân tử khoảng vài triệu Trongkhi đó, những mô tả trên đồ thị của quang phổ hấp thu tử ngoại lại khác biệt khá lớn vàcho thấy có 3 peak Hai peak trong số đó tương tự với chi số khúc xạ nhưng khác vềcường độ do có sự hiện diện của những thành phần có protein bên trong phần có khốilượng phân tử khá lớn Peak thứ 3 tương ứng với những thành phần giảu protein và chichiềm khoảng 1% khối lượng tổng cộng Phần này có khối lượng phân tử khoảng200000.

Hình 1.4 – Sự phân bố phân tử lượng của hai loại gum qua sắc ký lọc gel xác định

bởi đầu dò đo chi số khúc xạ (a) và quang phổ hấp thu UV ở bước sóng 206nm (b)Hầu hết các nghiên cưu cấu trúc đều liên quan đến gum từ các loài Acacia Senegal.Phân tích carbonhydrate cho thấy những thành phần của loại gum này (tương ứng với 3peak trên quang phổ hấp thu tử ngoại) đều có cấu trúc phân nhánh cao bao gồm mộtmạch chính là các liên kết -1,3-D-galactose và phần nhánh kéo bằng các liên kết 3- và 6-galactose và 3- arabinose Rhamnose và acid glucuronic nằm ở ngoài rìa của phân tử đểkết thúc một vài nhánh (2.20) 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 phâncắt bởi các enzyme phân giải 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 chuỗipolypeptide (hình 1.6) Phần tương ứng với peak 3 chứa hàm lượng acid glucuronic thấphơn hai phần còn lại và lượng protein chiếm 20-50% Vì phần này không bị ảnh hưởngdưới tác động của enzyme phân giải protein nên người ta cho rằng thành phần chứaprotein của nó nằm trong vùng trung tâm của phân tử Khác với các acid amin chủ yếucủa phần tương ứng với peak 1 và 2 là hydroxyproline và serine, thành phần acid aminchủ yếu đối với phần tương ứng peak3 lại là aspartic, serine, leucine và glycine Cả baphần đều tác động lẫn nhau và có phản ứng với thuốc thử Yariv, do đó có thể phân chúngvào loại hợp chất arabinogalactan-protein (AGPs)

Hình 1.5 - Cấu trúc phân nhánh của Acacia Senegal

Hình 1.6 – Cấu trúc “nan hoa” của phân tử gum Acacia Senegal

1.4. Tính chất

Gum arabic dễ dàng hòa tan trong nước tạo thành dung dịch trong suốt có màu từvàng nhạt đến vàng nâu tại pH khoảng 4,5 Cấu trúc phân nhánh bậc cao của GumSenegal góp phần gia tăng lực liên kết giữa các phân tử, kết quả là dung dịch gum trở nênnhớt khi có nồng độ cao Những so sánh về độ nhớt giữa gum arabic với xanthan gum vàsodium CMC là những phụ gia tạo đặc thông dụng được cung cấp trên hình 1.7 Có thể