Tiểu luận môn hóa sinh thực phẩm tìm hiểu về pectin agar carrageenan nguồn gốc tách chiết và chế tạo gel

Hóa Sinh Thực Phẩm BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM Mơn: Hóa sinh thực phẩm TÊN ĐỀ TÀI Tìm hiểu Pectin, Agar, Carrageenan (Nguồn gốc, tách chiết chế tạo gel) Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN THỊ TRANG LỚP : DHTP10B NHĨM : 13 Hóa Sinh Thực Phẩm DANH SÁCH NHÓM Stt Họ tên Mssv Lớp Lê Hồ Đức Anh 14019101 DHTP10B Hồ Văn Bảo 14090591 DHTP10B Nguyễn Thanh Danh 14020411 DHTP10B Nguyễn Quốc Dự 14035301 DHTP10B LỜI CÁM ƠN Chúng em cám ơn chân thành tới giáo viên giảng dạy môn giúp chúng em hoàn thành đề tài Do thời gian có hạn, kiến thức hiểu biết chúng em cịn hạn hẹp Kính mong góp ý đọc để đề tài chúng em hồn thiện PECTIN Nguồn gốc • Tên gọi Pectin bát nguồn từ từ gốc Hy Lạp “Pectos” có nghĩa “hóa gel” hay “hóa đặc”, phát vào năm 1779 Vauquelin, tên gọi Pectin sử dụng vào năm 1824 Hóa Sinh Thực Phẩm o Năm 1824, Smolenki lần xác nhận Pectin polymer a Galacturonic o Năm 1830, Meyyor Mark phát thấy cấu trúc thẳng phân tử Pectin o Năm 1937, cấu trúc Pectin thức Shneider bà Bock xác định • Pectin polysaccharide tồn phổ biến thực vật, thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật Ở thực vật pectin tồn chủ yếu dạng pectin hịa tan protopectin khơng hịa tan Dưới tác dụng acid, enzyme protopectinaza gia nhiệt protopectin chuyển thành pectin • Pectin hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đơn phân tử galactoronic rượu metylic Trọng lượng phân tử từ 20.000 - 200.000 đvC Hàm lượng pectin 1% dung dịch có độ nhớt cao, bổ sung 60% đường điều chỉnh pH môi trường từ 3,1-3,4 sản phẩm tạo đơng Hóa Sinh Thực Phẩm • Cấu tạo phân tử pectin dẫn suất acid pectic, acid pectic polymer acid D-galacturonic liên kết với liên kết 14-glycozide • Acid Pectinic: chất Methyl hóa thấp 100% • Acid Petic: acid Polygalacturonic hồn tồn khơng chưa nhóm Methoxy • Hợp chất pectin đặc trưng số quan trọng: Hóa Sinh Thực Phẩm o Chỉ số methoxyl “MI” biểu cho phần trăm khối lượng nhóm methoxyl –OCH3 có phân tử pectin o Chỉ số este hóa “DE” thể mức độ este hóa phân tử acid galactoronic phân tử pectin • Dựa mức độ methoxy hóa este hóa, thương mại chia pectin thành loại: pectin có độ methoxyl hóa cao pectin có độ methoxyl hóa thấp • Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE >50 % hay MI > 7% Chất làm tăng độ nhớt cho sản phẩm Muốn tạo đơng cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 nồng độ đường 60 % • Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50 % hay MI < 7% Được sản xuất cách giảm nhóm methoxyl phân tử pectin Pectin methoxy thấp tạo đơng mơi trường khơng có đường Chúng thường dùng làm màng bao bọc sản phẩm Hóa Sinh Thực Phẩm • Trong q trình bảo quản bị tách nước lão hóa Q trình tạo đơng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn pectin, mức độ methoxy hóa cao khả tạo đơng cao Khi sử dụng cần phải hòa tan pectin vào nước, pectin hút đủ nước sử dụng cơng đoạn cuối chế biến • Các pectin chất keo háo nước nên có khả hydrat hóa cao nhờ gắn phân tử nước vào nhóm hydroxyl chuỗi polymethyl galacturonic Ngoài ra, phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả đẩy lẫn có khả làm giãn mạch làm tăng độ nhớt dung dịch Khi làm giảm độ tích điện hydrat hóa làm cho sợi pectin xích lại gần tương tác với tạo nên mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng bên Tách chiết • Nguyên liệu sản xuất Pectin • Nguyên liệu dùng để sản xuất pectin phế liệu thu sản xuất số loại sản phẩm rau quả, thường táo hay có múi,… Ví dụ vỏ cam qt, bưởi bã táo lại sau sản xuất nước táo Các phụ phẩm sấy khô bảo quản sử dụng thời gian dài Trong loại họ cam Hóa Sinh Thực Phẩm qt chanh bưởi ưa thích cam Lượng Pectin vỏ cam qt chiếm từ 20-50% trọng lượng khơ, cịn bã táo từ 1020% • Sản phảm pectin từ vỏ trái có múi: chiết xuất từ vỏ chanh, vỏ cam, vỏ bưởi vỏ loại trái cay sản phẩm phụ trình ép nước có chứa hàm lượng Pectin cao với tính chất mong muốn • Sản phẩm pectin từ táo: Bã táo, phần thu nhận từ trình ép táo Những sản phẩm có màu sắc tói (màu nâu) so với pectin từ loại trái có múi khác chức  Do lượng pectin có múi nhiều bã táo nên nhóm để chojnnguyeen liệu sản xuất pectin từ có múi • Quy trình sản xuất pectin từ có múi  Cùi, bã -> Tách hạt -> Xử lý đắng -> Xay nhỏ -> (dd HCl lỗng) Trích ly pectin -> (dd Na2CO3) Trung hịa -> Ép (Bã ép) -> Cô đặc chân không -> (Bao bì) Rót bao bì -> Thanh trùng -> Chế phẩm đặc pectin Chế tạo gel Hóa Sinh Thực Phẩm • Tùy loại pectin có mức độ methoxyl hố khác mà chế tạo gel khác • HMP: Tạo gel theo chế Đường – Acid, kết hợp chuỗi pectin kết hai tương tác khác o Sự tương tác nhóm kỵ nước: nhóm methylester kỵ nước tụ tập lại cho bề mặt tiếp xúc với nước nhỏ nhất, tạo kết tụ ban đầu mạch Pectin, nhóm định thời gian tạo gel HMP o Sự hình thành cầu nối hydro: cầu nối hydro hình thành nhóm cacboxyl tự khơng phân ly, đóng vai trị nđịnh khối liên kết q trình kết tụ nhóm methylester giữ chúng lại với nhau, pH thấp, số nhóm cacboxyl liên kết cầu nối Hydro hình thành dễ dàng • Đường có khả hút ẩm, làm giảm mức độ hydrat hóa phân tử pectin dung dịch • Ion H+ thêm vào đơi nhờ độ acid q trình chế biến trung hịa bớt gốc COO–, làm giảm độ tích điện phân Hóa Sinh Thực Phẩm tử Vì phân tử tiến lại gần để tạo thành liên kết nội phân tử tạo gel • Trong trường hợp liên kết phân tử pectin với chủ yếu nhờ cầu hydro nhóm hydroxyl Kiểu liên kết khơng bền gel tạo thành mềm dẻo tính di động phân tử khối gel, loại gel khác biệt với gel thạch gelatin • Cấu trúc gel: phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin, loại pectin nhiệt độ • 30 ÷ 50% đường thêm vào pectin saccharose Do cần trì pH acid để đun nấu gây trình nghịch đảo đường saccharose, ngăn cản kết tinh đường saccharose Tuy nhiên không nên dùng nhiều acid pH thấp gây nghịch đảo lượng lớn saccharose gây kết tinh glucose hóa gel nhanh tạo nên vón cục • Khi dùng lượng pectin vượt q lượng thích hợp gây gel cứng dùng nguyên liệu có chứa nhiều pectin cần tiến hành phân giải bớt chúng cách đun lâu • Khi sử dụng lượng cố định loại pectin pH, nhiệt độ giảm hàm lượng đường cao gel tạo thành nhanh • LMP: Tạo gel liên kết với ion Ca2+: Hóa Sinh Thực Phẩm + Điều kiện tạo gel: có mặt Ca- 2+ , nồng độ < 0,1% miễn chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ định Khi gel tạo thành không thêm đường acid • Khi số methoxyl pectin thấp, có nghĩa tỷ lệ nhóm – COO– cao liên kết phân tử pectin liên kết ion qua ion hóa trị hai đặc biệt Ca 2+ • Cấu trúc gel: phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ số methoxyl Gel pectin có số methoxyl thấp thường có tính chất đàn hồi giống gel agar – agar Agar • Nguồn gốc agar • Agar phycocolloid có nguồn gố cổ xưa nhất( kỉ 17) Tại Nhật Bản, agar coi phát Minoya Tarozaemon năm 1658 tượng đài Shimizu-mura kỷ niệm lần sản xuất Ban đầu, thời gian tai, thực bán chiết xuất dung dịch(nóng) dạng gel( lạnh), sử dụng kịp thời khu vự gần nhà máy, sản phẩm sau biết đến tokoroten.Cơng nghiệp hóa sản phẩm khô ổn định bắt đầu vào lúc dau062 kỉ 18 gọi kanten Từ “ thạch agar”, nhiên, có nguồn gốc Mã Lai thạch thuật ngữ thường chấp nhận nhiều Hóa Sinh Thực Phẩm • Ở nước ta, “rau câu” nguyên liệu để chế biến thạch –Agar Qua điều tra ven biển tỉnh phía Bắc, phát 11 loài Đáng ý loài “rau câu” vàng Gracilaria verrucosa Papenf Ở tỉnh phía Nam phát lloa2irau câu”, đáng ý loài “rau câu” rễ tre- Gelidiella acerose Feldm Et Ham • Cơ chế tạo gel • Tạo gel bền, cấu trúc gel cứng, dòn, • Khả tạo gel phụ thuộc vào nhiệt độ, ban đầu agar pha liên tục nước pha phân tán Khi đưa nhiệt độ lên cao 90 0c, Agar trở thành pha phân tán nước pha liên tục lúc hình thành dạng dung dịch bao gồm tiểu phân mixen, mixen phân tử Agar Khi hạ nhiệt đô xuống 350c hạt mixen bao bọc quanh lớp nước liên kết tạo thành gel dẫn đến phân bố lại diện tích bề mặt hạt mixen Hóa Sinh Thực Phẩm • Khả hình gel thuận nghịch nhiệt đặc điểm làm cho Agarco1 kết hợp cần thiết nhiều ứng dụng Khi tạo gel, cầu nói hydro lam tang tính bền vững cấu trúc mạng agar, ching61 lại phân ly hỗn hợp dịch tang nhiệt độ mạnh Bên cạnh đó, liên kết Beta 1-4 dễ thủy phân với xúc tác axit tạo thành gốc Agar-agarobise Agar- agarobise làm cho agar-agar mơi trường nước có khả tạo gel • Quá trình tạo gel xảy để nguội hay làm lạnh dung dịch agar Đây chất tạo gel tốt nhất, hấp thụ nhiều nước tạo gel nhờ liên kết hydro nồng độ thấp( khoảng 0,04%) Khả tạo gel độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ agar phân tử lượng trung bình • Dung dịch agar tạo gel nhiệt độ 40-50 0c tan chảy nhiệt độ khoảng 80-850c Dung dịch agar 1,5% tạo gel 32-39 0c, không chảy nhiệt độ thấp 60-970c Sự khác biệt lớn nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ tạo gel gọi trễ nhiệt hysteresis Đây tính chất riêng đặc trưng Agar • Kích thước lỗ gel khác phụ thuộc vào nồng độ Agar Nồng độ agar cao bán kính lỗ nhỏ Lỗ gel lớn hiệu rây lọc bé Khi làm khô tạo màng suốt, bền học bảo quản lâu dài mà khơng bị hỏng • Agar có chứa số gốc tích điện âm ( gốc sulfate gốc cacboxyl) nên gel agar có số tích chất trao đổi ion Song khả ày thấp nồng độ agar sử dụng thường vào khoảng 1% Vì điện di người ta dung agarose làm chất mang tốt agar agarose chứa gốc sulfate Có thể khử nhóm sulfate khỏi agarose Hóa Sinh Thực Phẩm ( chí agar) cách xử lý với NaBH mơi trường kiềm nhẹ ( gốc sulfate bị thủy phân), sau rửa nước cất • Gel agar có tính thuận nghịch đàn hồi Gel agar không màu, không vị, không ảnh hưởng đến vị tự nhiên sản phẩm Gel agar chịu nhiệt độ cao 1000c, pH ttừ 5-8, khả giữ nước cao  Nói chung, mạnh gel agar điều chứa đựng agarose, có mặt ion sulfate làm gel bị mờ đục, cịn agaropectin có khả tạo gel thấp nước  Cơ chế chuyển thể alkali Agar: Vào năm 1961 Rees thừa nhận Alkali ( chất kiềm) loại bỏ chổ xoắn ( sulfation C-6 1,4-liên kết-L-galactose cịn lại) hiên có phân tử agar, 3,6- anhydro vịng hình thành Sau đó, tăng 3,6- Ag giảm sulfate cho dạng agar có tính gel mạnh Điều thay đổi theo từ C1 đến 1C diễn cách Hóa Sinh Thực Phẩm thức vivo enzym, ‘’dekinkase’’ với trưởng thành khúc tản  Gel mạnh: Các mạnh gel agar xác định cho 1% gel cách sử dụng thử nghiệm gel Thông thường 1% Gelidium ( Tảo thạch) agar gel cho sức mạnh khác nhau, từ 300-500g/cm Với agar gracilaria(Rau câu), gel sức mạnh khoảng từ 50 đến 300g/cm2 đạt 500g/cm nhiều sau xử lí với Alkali Agar từ loại tảo khác tính chất gel chịu ảnh hưởng nhiệt độ khác  Các yếu tố ảnh hưởng đến khả tạo gel: • Nhiệt độ pH: o Agar bị tác động nhiều mơi trường trung tính o Trong mơi trường axit bị tác động mạnh nhiệt độ biến đổi o pH tối ưu cho trình tạo gel: 8-9 • Các thành phần khác: Hóa Sinh Thực Phẩm Tỉ lệ, Khả tạo gel giảm có mặt tinh bột, tăng có tồn đường nồng độ thành ohan62 phối trộn với agar, chẳng hạn như: dùng agar 1%, gelatin 4% nhiệt độ gel 90 0c, nồng độ gelatin 8% hệ gel giảm nhiệt độ chảy 400c Tách chiết agar Sơ đồ: Gracilaria spp → Tẩy trắng → Xử lý kiềm hóa → Rửa → Chiết→ Lọc→ Làm đông→ Đông cứng → Đánh tan→ Sấy khô→ Ép thủy lực → Sấy→ Ngiền → Bột rau câu • Tẩy trắng: Những tảo đưa vào giỏ có chứa kim loại treo lơ lững tron bồn chứa nước, Sodium hypochlorite, giải pháp bổ sung với có mặt Chlorine ca 0,05% 15 phút pH 5-6 Sau đó, khoảng 2%( trọng lượng tảo khô) Thiosulfate nattri them vào làm giảm bớt tính hóa học Hypochlorite Các tảo đem lên sau rửa nước • Rửa: rửa kỹ nước để loại bỏ kiềm tính Một số lượng phù hợp với axit thêm vào để thúc đẩy q trình trung hịa • Lọc: nóng rượu gửi đến lọc có 20 lưới nylon vải lọc để sử dụng tốt với lọc chân khơng bấm lọc • Làm đơng: Các phần nước nước lọc làm nguội hợp nhiệt độ phòng cắt thạch dạng que với cách thức thạch agar • Đơng cứng: thạch dạng que dặt phịng dơng -15 0c đến -180c 24h • Đánh tan sấy khô: Các thạch đông lạnh đánh tan rữa với nước khử nước với li tâm sấy khơ cạn • Ép thủy lực: việc cắt nhỏ dạng gậy hay dạng phim đóng gói vào túi nilon đem ép thủy lực khoảng 10-12 giờ, khử nước cần thiết áp lực khác từ 0,1 đến 6-10kg/ cm Hóa Sinh Thực Phẩm • Sấy nghiền: đưa đến aca1 phịng làm khơ 70 0c sau tạo thành bột agar ( 80-100 lưới) • Rong biển dung để chế rau câu Sau rửa nước nhiều lần ngâm vôi, người ta cắt miếng nhỏ đun nước nóng Một lát sau chất nhày tan vào nước, nước ngày đặc quánh Vớt bỏ bã, lọc tạo màng hay sợi: rau câu hay agar- agar Carragenan • Nguồn gốc • Được chiết xuất từ loại tảo đỏ có nguồn gốc từ Ireland, mọc dọc theo bờ biển Anh, Pháp, Tây Ban Nha, Island • Chiết xuất Carrageenan nước nóng điều kiện kiềm, sau cho kết tủa hay đặc • Carrageenan bắt đầu sử dụng 600 năm trước đây, chiết xuất từ rêu Irish moss (Lồi rong đỏ Chondrus crispus) ngơi làng bờ biển phía Ireland Nam ngơi làng mang tên Carraghen • Vào năm 30 kỷ XX, carrageenan sử dụng công nghiệp bia hồ sợi Cũng thời kỳ khám phá cấu trúc hóa học carrageenan tiến hành mạnh mẽ Hóa Sinh Thực Phẩm • Sau này, carrageenan chiết xuất từ số loài rong khác Gigartina stelata thuộc chi rong Gigartina Nhiều loài rong khác nghiên cứu việc chiết tách carrageenan để ứng dụng nhiều lĩnh vực khác • Ngày nay, sản xuất cơng nghiệp carrageenan khơng cịn giới hạn vào chiết tách từ Irish moss, mà nhiều loài rong đỏ thuộc ngành Rhodophyta sử dụng Những loài gọi chung Carrageenophyte Qua nhiều nghiên cứu, có hàng chục lồi rong biển khai thác tự nhiên hay nuôi trồng để sản xuất carrageenan • Tên gọi khác: Irish moss gelose (từ Chondrus spp.); Eucheuman (từ Eucheuma spp.); Iridophycan (từ Iridaea spp.); Hypnean (từ Hypnea spp.); Furcellaran or Danish agar (từ Furcellaria fastigiata); INS No 407 • Cấu tạo: o Carrageenan hỗn hợp phức tạp loại polymer o carrageenan, cấu tạo từ gốc D-galactose 3,6-anhydro Dgalctose Các gốc kết hợp với liên kết -1,4 -1,3 luân phiên Các gốc D-galactose sulfate hóa với tỉ lệ cao Các loại carrageenan khác mức độ sulfate hóa o Mạch polysaccharide carrageenan có cấu trúc xoắn kép Mỗi vòng xoắn đơn gốc disaccharide tạo nên Hóa Sinh Thực Phẩm o Các polysaccharide phổ biến carrageenan kappa-, iota- lambda- carrageenan: Kappa-carrageenan loại polymer D-galactose- 4sulfate 3,6-anhydro D-galctose Iota-carrageenan có cấu tạo tương tự Kappa-carrageenan, ngoại trừ 3,6-anhydrogalactose bị sulfate hóa C số Lambda-carrageenan có monomer hầu hết D-galactose- 2-sulfate (liên kết 1,3) D-galactose-2,6-disulfate (liên kết 1,4) o Mu nu carrageenan xử lý kiềm chuyển thành kappa iota- carrageenan • Tách chiết Hóa Sinh Thực Phẩm Rong sụn khô Rửa Ngâm nước - Nhiệt độ 951000C Thời gian 6065 phút Tỷ lệ nước/rong:52/ Xử lý kiềm Rửa trung tính - Nhiệt độ 300C Thời gian 40 phút Nồng độ NaOH 5% HCl Nấu chiết Lọc Bã Dịch lọc Lên men lactic Lạnh Đơng, tan giá Phân bón KCl Phơi sấy Xay nghiển Carrageenan Bao gói Hóa Sinh Thực Phẩm • Chế tạo gel • Phụ thuộc lớn vào có mặt cation Ví dụ: Khi liên kết với K+, NH4+, dung dịch carageenan tạo thành gel thuận nghịch nhiệt Khi liên kết với Na+ carrageenan hịa tan nước lạnh khơng có khả tạo gel • Muối K+ carrageenan có khả tạo gel tốt gel giòn dễ bị phân rã Chúng ta giảm độ giịn gel cách thêm vào locust bean gum Carrageenan có liên kết ion tăng lực Hóa Sinh Thực Phẩm liên kết tạo gel đàn hồi Carrageenan khơng có khả tạo gel Muối K+của tan nước • Dung dịch nóng kappa iota carrageenan tạo gel làm nguội xuống từ 40-600C dựa vào có mặt cation Gel carrageenan có tính thuận nghịch nhiệt có tính trễ nhiệt, có nghĩa nhiệt độ gel nhiệt độ nóng chảy gel khác Gel ổn định nhiệt độ phòng gia nhiệt cao nhiệt độ gel từ 5-12 0C gel chảy Khi làm lạnh tạo gel lại Thành phần ion hệ thực phẩm quan trọng đến hiệu sử dụng carrageenan Ví dụ: kappacarrageenan chọn ion K+ để mổn định vùng tạo lien kết, tạo trạng thái gel giòn Iota carrageena chọn Ca 2+ nối chuỗi tạo cấu trúc gel mềm đàn hồi ... Chế phẩm cô đặc pectin Chế tạo gel Hóa Sinh Thực Phẩm • Tùy loại pectin có mức độ methoxyl hố khác mà chế tạo gel khác • HMP: Tạo gel theo chế Đường – Acid, kết hợp chuỗi pectin kết hai tương tác... màng bao bọc sản phẩm Hóa Sinh Thực Phẩm • Trong q trình bảo quản bị tách nước lão hóa Q trình tạo đông phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn pectin, mức độ methoxy hóa cao khả tạo đơng cao Khi... • Cấu trúc gel: phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ số methoxyl Gel pectin có số methoxyl thấp thường có tính chất đàn hồi giống gel agar – agar Agar • Nguồn gốc agar • Agar phycocolloid có nguồn gố cổ