Phụ gia tạo đặc GUM

GIỚI THIỆU Chất tạo đặc cho thực phẩm Food thickeners hay 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

PHẦN 1

TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA TẠO ĐẶC THỰC

PHẨM

I GIỚI THIỆU

Chất tạo đặc cho thực phẩm (Food thickeners) hay 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 phẩm này tăng lên mà không làm thay

đổi tính chất đặc trưng vốn có của sản phẩm thực phẩm như 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 lơ lửng của hệ

huyền phù trong nước quả)

Hiệu quả của những chất tạo đặc rất lớn vì chỉ cần được đưa vào hỗn hợp ở một

nồng độ rất nhỏ các chất này cũng có thể tạo nên một dung dịch có độ nhớt đáng kể

Vì vậy chúng thường được ứng dụng làm phụ gia tạo đặc cho các loại thực phẩm

dạng đặc, sệt như nước sốt quả, salad, các loại bánh pudding ăn liền …

II TỔNG QUAN VỀ GUM

II.1 Gum là gì?

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

polysaccharide được tạo nên từ các monomer là đường và các dẫn xuất của đường

(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 được ứng dụng rất phổ biến

trong công nghệ thực phẩm với vai trò là chất phụ gia tạo cấu trúc cho các sản phẩm

II.2 Phân loại gum ([3], trang 1216)

Có nhiều cách phân loại Gum:

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

nhóm sau:

¾ Nhóm chiết xuất từ nhựa cây (Exudates extracts): gum Arabic, tragacanth,

karaya, ghatti;

¾ Nhóm chiết xuất từ hạt (Seed Gums): Guar gum, Locust bean gum (hay Carrob

bean gum), tara gum;

¾ Nhóm chiết xuất từ tảo biển (Seaweed extracts): Algins, carrageenans, agar,

furcellaran;

¾ Chiết xuất từ thực vật (Plant extracts): Pectins, cellulose…;

¾ Nhóm có nguồn gốc lên men hay từ vi sinh vật: Xanthan gum, Gellan gum,

curland

¾ Nhóm dẫn xuất của cellulose: CMC (carboxymethyl cellulose), hydroxypropyl

cellulose (HPC), Hydroxypropyl methylcellulose (HPMS), Methyl cellulose

(MC);

¾ 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:

¾ Theo hình dạng:

ƒ Mạch thẳng: Algins, carrageenans, cellulosics, furcellaran, konjac mannan,

pectin;

ƒ Mạch nhánh:

o Loại 1 (mức độ phân nhánh thấp, mạch thẳng): Galactomannan (guar

gum, locust bean gum, tara gum, enzymically modified guar gum), Xanthan gum;

o Loại 2 (mức độ phân nhánh phức tạp – branch-on-branch): Gum

arabic, gum tragacanth (tragacathin);

¾ Theo thành phần các tiểu đơn vị (monomeric units):

ƒ Homoglycans: Cellulosics, curland

ƒ Diheteroglycans: Agarose, algins, carrageenans, furcellaran,

galactomannans, kojac mannan, pectins;

ƒ Triheteroglycans: Gellan gums, xanthan gums;

ƒ Tetraheteroglycans: Gum arabics;

ƒ Pentaheteroglycans: Gum tragacanth

¾ Theo độ phân cực:

ƒ Nhóm gum trung tính: Agarose, HPMCs, MCs, galactomannans, kojac

mannan;

ƒ Nhóm gum tích điện âm (tính acid): Algins, CMCs, carrageenans,

furcellaran, gellan gums, gum arabics, gum tragacanth, pectins, xanthan

gums

II.3 Tính chất chung

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 (resistanse to flow), 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) 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 kết cấu: tạo khối, tạo

màng…, bảo vệ sự xâm nhập và phân cắt của enzyme,…

Bảng 1.1– Tính năng công nghệ của một số loại gum thực phẩm ([3], tr.1218)

Yêu cầu sử dụng gum: các gum thực phẩm phải là những chất không màu

(colorless), không mùi (odorless), không vị (tasteless) và không gây độc tính

(non-toxic) Tất cả các loại gum ngoại trừ tinh bột, các dẫn xuất của tinh bột đều không

sinh năng lượng và chúng còn được xem là những chất xơ hoà tan (soluble dietary

fiber)

Như vậy, thông qua những tính năng đặc biệt của chúng mà việc lựa chọn loại gum

nào sử dụng cho một loại thực phẩm nhất định còn tuỳ thuộc vào ý muốn của người

sản xuất sao cho đem lại hiệu quả sử dụng cao nhất

II.4 Khả năng tạo độ đặc của gum

Khả năng tạo độ đặc là một trong những ứng dụng quan trọng trong việc sử dụng

gum vào thực phẩm nhằm đạt được cấu trúc mong muốn như độ dẻo, độ đặc quánh,

độ sệt… Trong số các loại gum thực phẩm, chỉ có một số gum được ứng dụng làm

phụ gia tạo đặc Một số gum trong số này cũng có khả năng hình thành gel ở những

điều kiện xác định (pH, nhiệt độ, các cation…) Tuy nhiên, ở đây ta chỉ xét đến tính

năng tạo đặc của chúng Tính năng này liên quan đến độ nhớt do dung dịch gum tạo

nên khi hoà tan vào nước Khả năng tạo độ nhớt sẽ là khác nhau giữa các loại gum:

gum Arabic có khả năng tạo độ nhớt là thấp nhất trong khi xanthan gum có khả năng

tạo độ nhớt cao nhất

Hình 1.2 – Độ nhớt của một số dung dịch gum

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

Bảng 1.1 - Khả năng tạo đặc của một số loại Gum quan trọng [2]

Xanthan gum 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 cao

Carboxymethyl cellulose (CMC) Độ nhớt cao nhưng bị giảm khi có chất điện ly

và pH thấp

Methyl cellulose (MCs) and hydroxypropyl

methyl cellulose (MPMCs) Độ nhớt tăng khi nhiệt độ tăng không bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của chất điện ly hoặc pH

II.5 Cách sử dụng phụ gia tạo đặc

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

và quy định của Bộ Y tế về loại phụ gia được phép sử dụng trong danh mục (áp dụng

cho từng loại sản phẩm cụ thể) cũng như liều lượng sử dụng các loại phụ gia đó

Các loại gum có trên thị trường thường là hỗn hợp dạng bột mịn nên tuỳ vào trạng

thái, tính chất 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 hoá rất tốt nhưng khả năng phân tán kém như

xanthan gum, guar gum… Nếu trực tiếp cho vào phối trộn với sản phẩm có thể dẫn

đến hiện 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 hoà tan chúng ở dạng dung dịch,

điều này vừa giúp tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân bố đều các phần tử vào sản

phẩm vừa dễ dàng kiểm soát quá trình tạo đặc cũng như tiết kiệm thời gian chế biến

Bên cạnh đó, cần phải chú ý một số các yếu tố ảnh hưởng khác trong khi pha trộn

như nhiệt độ, vận tốc khuấy, pH… vì một số gum chỉ có thể hoà tan tốt trong nước

nóng (như Locust bean gum, gellan gum …) nên cần phải hoà tan trong nước nóng

(80-95oC), một số gum có khả năng phân tán kém cần phải chọn vận tốc khuấy lớn

Có thể thực hiện quá trình này bằng nhiều cách:

ƒ Bổ sung từ từ gum vào nước có khuấy đảo

ƒ Phân tán đều gum vào cồn, glycerine hoặc propylene glycol, hay các chất

lỏng có thể hoà trộn với nước nhưng không làm trương nở gum trước khi bổ

sung vào nước, hoặc có thể phân tán gum vào các chất lỏng không hoà

trộn được với nước, như dầu khoáng hay dầu thực vật, trước khi bổ sung

vào nước

ƒ Đưa gum qua phễu vào máy hút, tại đó nó sẽ được phân tán đều trong nước

có vận tốc 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 hỗn hợp gồm nhiều thành phần

khác nhau như đường, bột nước quả, các phụ gia khác… Khi đó, chúng ta có thể

nhào bột này với dung môi để tạo thành hỗn hợp sền sệt trước rồi mới thực hiện quá

trình phối trộn chính hoặc cho hỗn hợp dạng bột này trực tiếp vào dung môi khi pha

chế

PHẦN 2

MỘT SỐ GUM QUAN TRỌNG ĐƯỢC SỬ DỤNG

LÀM PHỤ GIA TẠO ĐẶC

I XANTHAN GUMS

I.1 Giới thiệu

Xanthan gum là một loại polysaccharide ngoại bào được tổng hợp bởi chủng

Xanthomonas campestris Trong nước lạnh, Xanthan gum có thể hoà tan được dễ

dàng hình thành nên một dung dịch có độ nhớt cao ở nồng độ rất thấp (khoảng 1%

w/w) Vì vậy, nó có tính chất như là một chất tạo độ nhớt cho hầu hết các thực phẩm

dạng lỏng và được gọi là “chất lỏng giả dẻo” (pseudoplastic)

Khác với các loại gum khác, dung dịch Xanthan gum có độ nhớt rất bền trong một

giới hạn nhiệt độ và pH rộng Bên cạnh đó, dung dịch này có khả năng chống lại

một số tác dụng phân cắt của enzym

Một đặc điểm nữa của Xanthan gum là khi phối hợp với các loại gum khác ở nồng

độ nhỏ nó có thể gia tăng khả năng tạo độ nhớt (với Locust nean gum) và ở nồng độ

cao nó hình thành nên mạng lưới gel có cấu trúc mềm , dẻo và có khả năng thuận

nghịch về mặt nhiệt động (với locust bean gum và konjac mannan)

Xanthan gum đã và đang được ứng dụng nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực đặc biệt là

trong công nghiệp thực phẩm nhằm để mở rộng khai thác các tiềm năng vốn có của

nó Chúng được xếp vào nhóm phụ gia thực phẩm an toàn ở Mỹ và EU và được mã

hoá với số hiệu là E415

I.2 Cấu trúc hoá học

Xanthan gum có thể coi là một dẫn xuất của cellulose Trọng lượng phân tử của

xanthan gum > 106Da Mạch xanthan gum chứa các liên kết 1,4 của β-

glucopyranose Cứ cách một gốc đường, tại vị trí C3 của đường glucose tiếp theo lại

gắn một đoạn mạch nhánh trisaccharide có cấu trúc β-D-GlcpA(1-2)-α-D-Manp Gốc

đường mannose nối với mạch chính bị acetyl hoá ở C6, còn khoảng 50% đường

mannose ở đầu cuối của đoạn mạch nhánh này liên kết với pyruvate thành

4,6-O-(1-carboxy-ethylidene)-D-mannopyranose

Hình 2.2 - Sự tạo thành các “cuộn ngẫu

nhiên” của phân tử xanthan gum

Hình 2.1 - Phân tử xanthan gum I.3 Tính chất đặc trưng

Xanthan gum tan khá tốt trong nước Dung dịch có độ nhớt cao thể hiện tính chất

của một chất lỏng “giả dẻo” (pseudoplastic) và giá trị độ nhớt phụ thuộc rất nhiều vào

nhiệt độ Các dung dịch, hệ nhũ tương hay gel khi có mặt xanthan gum đều rất bền

khi chuyển giữa 2 trạng thái lạnh đông và tan giá So với các gum khác Xanthan gum

có khả năng tạo độ nhớt cao hơn ở nồng độ rất thấp (từ 0,05% đến 1%)

Tính chất của “hệ giả dẻo” được

tạo nên do sự liên kết nội phân tử

bên trong các sợi xanthan gum riêng

rẽ để tạo thành các cuộn ngẫu nhiên

“random coil” Dung dịch có độ nhớt

cao khi không chịu tác dụng của lực

cắt (shear force) và giảm độ nhớt

rất nhanh thành dạng chảy lỏng khi

chịu tác dụng của lực (khi bơm,

Cuộn ngẫu nhiên (random coil) Cấu trúc ◊-Helix

khuấy trộn, nhai…) Điều này giải thích vì sao nó được ứng dụng nhiều trong thực

phẩm Vì khi ăn thực phẩm vào, chúng ta không thể ăn nếu như thực phẩm đó quá

đặc, chắc ở trong miệng Nhờ đặc tính “giả dẻo” này mà chúng trở nên mềm và

chảy ra trong miệng tạo cảm giác thích thú và dễ chịu

Hình 2.3 – So sánh đặc tính chảy nhớt của Xanthan gum với các dung dịch

Hydrocolloid khác ở nồng độ 0,5% ([2], trang 109)

I.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch Xanthan gum

™ Nhiệt độ

Dung dịch Xanthan gum có khả năng duy trì độ nhớt của nó cho đến khi đạt đến

nhiệt độ chảy lỏng (melting temperature) Tại nhiệt độ này, độ nhớt sẽ giảm một

cách đột ngột, do thay đổi cấu trúc liên kết thuận nghịch trong phân tử Nhiệt độ này

phụ thuộc vào nồng độ muối có mặt trong dung dịch: nhiệt độ chảy lỏng càng cao khi

nồng độ muối càng lớn (xem hình 2.4) nhiệt độ này có thể lên đến 100oC ở nồng độ

NaCl 5%) Sự thay đổi độ nhớt bởi nhiệt độ cũng mang tính thuận nghịch, khi làm

nguội dung dịch thì độ nhớt có thể phục hồi về trạng thái ban đầu

Hình 2.4 – Sự phụ thuộc của nhiệt độ chảy lỏng (melting temperature) của Xanthan

gum 1% vào nồng độ muối NaCl

™ Sự khuấy trộn

Ở trạng thái bình thường (ứng với tốc độ chảy tương đối thấp) dung dịch Xanthan

gum có độ nhớt cao gấp 15 lần so với Guar gum (xem hình 2.2) và gấp hơn 100 lần

so với CMC và Sodium alginate Nhưng khi khuấy trộn ở tốc độ khoảng 100s-1 thì độ

nhớt của chúng xấp xỉ như nhau và nếu tiếp tục tăng vận tốc này lên nữa thì độ nhớt

của Xanthan gum lại hạ thấp hơn các gum khác nhiều lần Điều này giải thích vì sao

chúng dễ dàng vận chuyển qua đường ống nhờ bơm và dễ dàng phun, xịt… và đây

cũng là tính chất khá quan trọng khi sử dụng xanthan gum trong sản xuất công

nghiệp

™ pH

Thông thường, pH ít ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch xanthan gum Độ nhớt

cao và không đổi trong một khoảng pH rộng từ 2 đến 12 Đặc biệt, ở pH thấp, dung

dịch xanthan gum sẽ rất bền khi bảo quản trong một gian dài

Xanthan gum cũng có thể hydrate hoá trong các dung dịch acid Ví dụ, nó có thể

hoà tan hoàn toàn trong dung dịch acid acetic 5%, acid sunfuric 5%, nitric 5% và

acid phosphoric 25% Thêm vào đó, xanthan gum cũng có thể hydrate trong dung

dịch NaOH 5% Tuy nhiên, khi nâng nhiệt độ lên thì cũng chính môi trường acid này

cũng có thể gây ra phản ứng thủy phân (vì chúng là những polysaccharide) làm cho

độ nhớt giảm đi

™ Nồng độ Xanthan gum

Nồng độ Xanthan gum thường hay sử dụng nhất trong thực phẩm vào khoảng từ 0,1

đến 0,3% Ở nồng độ 1% hoặc cao hơn, dung dịch Xanthan gum sẽ có dạng giống

như gel

™ Nồng độ muối vô cơ

Ảnh hưởng của muối vô cơ như thế nào lên độ nhớt còn tùy thuộc vào nồng độ của

Xanthan gum trong dung dung dịch Nếu nồng độ này thấp hơn 0,25% thì sự có mặt

của muối hoá trị 1 có thể làm giảm nhẹ độ nhớt của dung dịch Nếu ở nồng độ cao

hơn, độ nhớt sẽ tăng lên cùng với nồng độ muối thêm vào Mặt khác, ở nồng độ NaCl

0,1%, độ nhớt vẫn ổn định, và nếu nồng độ này có tăng lên thì cũng làm độ nhớt

thay đổi chút ít Sự có mặt của muối kim loại hoá trị 2 (bao gồm Ca2+ và Mg2+) cũng

có tác động tương tự lên độ nhớt

Ảnh hưởng của muối lên khả năng hydrate hoá của dung dịch Xanthan gum: sự có

mặt của muối vô cơ là không cần thiết vì nếu ở nồng độ khoảng 1-2% có thể ngăn

cản và làm giảm khả năng hydrate hoá của của Xanthan gum vào dung dịch Tuy

nhiên, để có thể đạt được những đặc tính về lưu biến học và tính ổn định tối ưu, thì

trong dung dịch cũng phải có mặt một vài muối cần thiết nào đó Thông thường

thành phần muối khoáng có trong nước máy cũng vừa đủ để đạt được điều này Một

lưu ý nhỏ là khi đã được hydrate hoá thì sự cho thêm vào muối cũng sẽ không gây

ảnh hưởng gì bất lợi nữa Một số chế phẩm xanthan gum đặc biệt như KELTROL® BT

vẫn có khả năng hydrate hóa ở nồng độ muối lên đến 20%

Nồng độ các ion trong dung dịch còn có ảnh hưởng đến cấu trúc của các phân tử

do hình thành các liên kết tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu với các

nhóm tích điện trên phân tử Điều này có liên quan đến sự hình thành cấu trúc xoắn

cuộn của phân tử Xanthan gum

™ Rượu

Mặc dù Xanthan gum không tan được trong cồn nguyên chất nhưng nó có khả năng

phối hợp hoạt động tốt với cồn khi chúng cùng tồn tại ở dạng dung dịch Các sản

phẩm có chứa cồn như cocktail hay rượu mùi vẫn có thể sử dụng Xanthan gum như

một chất tạo đặc tốt

™ Enzymes

Hầu hết các hydrocolloid đều bị phân tách bởi tác động của enzyme có mặt trong

thực phẩm Các enzyme có mặt trong thực phẩm thông thường đều là những nhân tố

không mong muốn như protease, cellulase, pectinase, amylase vì chúng ít nhiều ảnh

hưởng đến cấu trúc sản phẩm, chưa kể đến việc gây hư hỏng, làm mất giá trị dinh

dưỡng và cảm quan trong thực phẩm Tuy nhiên, những enzyme này vẫn không phân

giải được xanthan gum Nguyên nhân dẫn đến tính bền trong môi trường enzyme là

do sự sắp xếp cấu hình không gian đặc biệt của xanthan gum Sự sắp xếp này góp

phần cản trở sự xâm nhập của các enzyme đến liên kết β−(1, 4) trên khung carbon

chính và vì thế nó chống lại phản ứng depolymerisation của enzyme, thậm chí là cả

acid và kiềm Trong thực tế, sự chống lại tác dụng của enzyme lên xanthan gum được

khai thác trong lĩnh vực chế biến các loại thực phẩm mà sự có mặt của các enzyme

hoạt động là tất yếu như các sản phẩm từ dứa, hệ thống tinh bột nền, gia vị hỗn

hợp…

™ Sự tương tác với các Galactomannans và Glucomannans

Khi phối trộn Xanthan gum vào hỗn hợp có chứa loại gum khác như Glucomannan

(Konjac mannan) hay Galactomannan (Guar gum, Locust bean gum và cassia gum) ở

một tỷ lệ thích hợp có thể tăng cường quá trình tạo đặc và tạo gel

Mức độ tương tác này có liên quan đến sự sắp xếp và mức độ xen kẽ giữa các gốc

mannose và galactose trên mạch carbon của galactomannan và glucomannan Cụ thể

là, đối với galactomannans trên mạch có ít liên kết galactose side và nhiều vùng

không lặp lại sẽ cho phản ứng mạnh hơn Ví dụ, ở locust bean gum, tỉ lệ lặp lại (giữa

mannose và galatose) là 3,5:1 sẽ phản ứng với xanthan tốt hơn guar gum có tỉ lệ này

là 2:1

Sự tác dụng tương hỗ giữa các hỗn hợp phụ thuộc tỷ lệ hỗn hợp, pH và mức độ ion

hoá của môi trường Để đạt được hiệu quả sử dụng tối ưu thì tỷ lệ phối trộn phải là

80:20 đối với hỗn hợp guar:xanthan và 50:50 đối với LBG:xanthan trong môi trường

pH trung tính Tác dụng này sẽ giảm đi rất nhiều khi ở trong dung dịch có nồng độ

muối cao và pH thấp

Nói tóm lại, một chế phẩm xanthan gum khi đưa vào sử dụng phải hội đủ những

tính chất như sau:

¾ Thể hiện tính chất của một chất lỏng “giả dẻo”

¾ Có khả năng làm bền các hệ nhũ tương (emulsions), ổn định cấu trúc các hạt

lơ lững trong hệ huyền phù (suspension)*, ổn định hệ bọt (foams)

¾ Có thể hoà tan được trong nước nóng hoặc lạnh

¾ Bền trong môi trường có giới hạn pH rộng từ acid đến kiềm (pH = 2-12)

¾ Không bị biến đổi hoạt tính khi gia nhiệt

¾ Có khả năng hoạt động tốt (tương thích) trong môi trường có chứa các ion âm

(anionic), ion lưỡng tính (amphoteric), các chất hoạt động bề mặt

(surfactants), môi trường có nồng độ muối cao (high concentration of salt)

¾ Có khả năng chống lại hoạt động của enzyme

¾ An toàn, không độc hại cho người sử dụng

(*) Tuy nhiên, trong một số nghiên cứu cho thấy, xanthan gum có thể tạo nên một

dung dịch có độ nhớt rất cao nhưng khả năng ổn định hệ huyền phù tương đối kém

Điều này có thể giải thích là do trong dung dịch các phân tử xanthan gum không tạo

ra được mạng lưới không gian 2 chiều nên không giữ các hạt huyền phù lơ lững tốt

Vì vậy, để cải thiện tính năng này người ta thường phải phối trộn xanthan gum với

một loại gum khác ở một tỷ lệ thích hợp có khả năng tạo nên mạng lưới gel 2 chiều

I.5 Sử dụng

™ Cách pha trộn

Các phân tử xanthan gum bị hydrate hoá rất nhanh khi cho vào nước nên khả

năng phân tán để “hoà tan” vào dung dịch của chúng rất kém Vì vậy, để đạt được

những tính năng công nghệ tối ưu thì trước khi sử dụng Xanthan gum phải được

hydrate hoá ở một mức độ thích hợp kết hợp với khuấy trộn ở 90-100oC nhằm hòa

tan hoàn toàn trong nước thành dung dịch trong suốt và sệt

™ Các yếu tố ảnh hưởng

Mức độ hydrate hóa phụ thuộc vào 4 nhân tố chính như sau:

(1) Mức độ phân tán (dispersion): để quá trình hydrate hoá đạt được là tốt nhất thì

các tiểu phần của gum phải phân tán tốt Nếu không sẽ có thể dẫn đến hiện tượng

kết khối trong quá trình khuấy trộn hình thành nên các khối trương phồng (đôi khi

còn gọi là “mắt cá” - fisheyes) Hiện tượng này ít nhiều sẽ làm giảm hiệu quả của quá

trình hydrate hoá, ảnh hưởng đến tính năng công nghệ của xanthan gum Để thực

hiện quá trình hydrate hoá người ta sử dụng thiết bị khuấy trộn (xem hình 2.5)

Nguyên tắc hoạt động của thiết bị như sau:

Trước khi cho Xanthan gum vào, bồn chứa phải được chứa một lượng vừa đủ nước

Nước được dẫn vào bồn nhờ một van dẫn hay đôi khi sử dụng cả eductor cho đến khi

vừa đủ lấp cánh khuấy Lúc đó, cánh khuấy bắt đầu hoạt động, nước vẫn tiếp tục

chảy vào bồn qua Edutor với lưu lượng khoảng 80-120 lít/phút Chế phẩm Xanthan

gum dạng khan cũng được đưa vào đồng thời qua phểu chiết ở phía trên Eductor

Trong suốt quá trình đưa Xanthan gum vào cho đến khi kết thúc, dung dịch phải được

khuấy đều đặn với một vận tốc xác định để tránh tình trạng vón cục Bên cạnh đó áp

suất cần được duy trì trong khoảng 50-100 psi

Hình 2.5 – Quá trình hoà tan (hydrate hoá và phân tán) xanthan gum

trong bồn khuấy ([2], trang 106)

(2) Tốc độ khuấy trộn (agitation rate): tốc độ khuấy trộn ảnh hưởng trực tiếp đến

mức độ phân tán của các hạt, tốc độ này phải đạt ở ngưỡng nào đó để áp suất trong

lòng dung dịch không quá cao, nếu áp suất cao quá (khoảng 100 psi) tương ứng với

tốc độ khuấy quá lớn thì cũng sẽ dẫn đến sự kết khối làm giảm mức độ phân tán

(3) Thành phần và tỉ lệ các thành phần trong dung dịch (the composition of the

solvent): một cách khác để tăng mức độ phân tán là có thể phối trộn Xanthan gum

cùng với các thành phần khác (như đường hay tinh bột ….) Bên cạnh đó, có thể tăng

cường khả năng phân tán của Xanthan gum bằng cách sử dụng những chất lỏng có

khả năng hỗ trợ cho quá trình tách rời các hạt gum, những chất này có thể là rượu

hoặc glycol (non-aquarous liquids) và dầu thực vật hay dầu khoáng (non-miscible

liquids)

(4) Kích thước hạt phân tán (particle size): sự phân tán càng cao khi kích thước hạt

gum ban đầu càng nhỏ

Hình 2.6 – Ảnh hưởng của kích thước tiểu phần đến sự gia tăng độ nhớt

của dung dịch Xanthan gum

I.6 Sản xuất Xanthan Gum

Xanthan gum được sản xuất thông qua quá trình trao đổi chất của vi khuẩn

Xanthomonas campetris với sự xúc tác của một phức hợp các enzyme đặc biệt Khi

đó, Xanthan gum được xuất ra trên bề mặt thành tế bào như một sản phẩm của quá

trình này Trong tự nhiên, Xanthomonas campetris được tìm thấy trên lá của cây

thuộc họ Brassia, điển hình là cây cải bắp (cabbage) Sau đó chúng được phân lập

trong canh trường thuần khiết để làm giống cho quá trình sản xuất Xanthan gum

Quá trình sản xuất xanthan gum là quá trình lên men hiếu khí và tiến hành theo

phương pháp lên men chìm Khi đó chủng vi khuẩn được lên men trong canh trường

thần khiết có chứa đường Glucose, NH4Cl, khoáng và được sục khí liên tục Sau khi

lên men, người ta tiến hành thanh trùng để diệt toàn bộ vi khuẩn có trong dịch lên

men

Thu nhận Xanthan gum thô trong dịch bằng cách cho kết tủa với Isopropanol với sự

có mặt của KCl Sau đó ta thực hiện quá trình tách và tinh chế để thu được chế phẩm

Xanthan gum tinh rồi tiến hành các quá trình sấy, nghiền và đóng gói để thu được

sản phẩm Xanthan gum có chất lượng cao

Quy trình công nghệ sản xuất xanthan gum:

Nguyên liệu Chuẩn bị môi trường Lên men Thanh trùng Kết lắng Tách-tinh chế Sấy Nghiền Đóng gói

Hình 2.7 – Sơ đồ quy trình sản xuất Xanthan gum I.7 Ứng dụng ([2], tr.112)

Ứng dụng thực tế quan trọng của xanthan gum trong thực phẩm dựa trên khả năng

tạo độ đặc, dẻo cho các sản phẩm lỏng, làm bền nhũ tương trong các loại sause và là

ổn định trạng thái lơ lững của các hạt huyền phù trong nước quả Do có tính bền

nhiệt cao nên xanthan gum được sử dụng nhiều trong các loại đồ hộp Khi thêm các

gel tinh bột, xanthan gum giúp cải thiện đáng kể độ bền của gel ở trạng thái lạnh

đông Xanthan gum cũng được sử dụng trong bánh pudding ăn liền

™ Bột nhào làm bánh - Batters

Trong quá trình nhào bột đầu (prepared batters), xanthan gum giúp giảm quá trình

kết lắng bột (reduces flour sedimentation), tăng khả năng giữ CO2 (improves gas

retention), tạo điều kiện cho men dịch chuyển tốt, góp phần tăng độ đồng nhất và

bám dính Trong quá trình nướng, sự có mặt của xanthan gum giúp dễ dàng cải thiện

độ chặt và điều khiển sự thoát ẩm ra khỏi khối bột Trong bột nhào làm bánh kếp

(pancake), xanthan gum giúp điều chỉnh độ căng, đồng thời làm tăng khả năng giữ

khí và ổn định độ nở của bánh

™ Các sản phẩm từ sữa – Dairy products

Hỗn hợp của xanthan gum với carrageenan và galactomannan có tác dụng làm bền

rất tốt đối với các sản phẩm sữa trạng thái lạnh và lạnh đông như: kem (ice cream),

kem chua (sour cream), kem đánh tiệt trùng (sterile whipping cream) và sữa tái chế

(recombined milk) Những hỗn hợp pha trộn dạng này có nhiều ưu điểm: mang lại

cho sản phẩm độ nhớt tối ưu, độ ổn định rất lâu, ngoài ra nó còn góp phần tăng khả

năng truyền nhiệt trong quá trình chế biến, chống lại hiện tượng sốc nhiệt (heat

shock protection) và dễ dàng kiểm soát quá trình hình thành tinh thể đá trong sản

phẩm

™ Nước sốt salad – Salad Dressing

Nước sốt salad là một hệ nhũ tương dầu/nước có thành phần chính bao gồm: dầu

thực vật (vegetable oil), tinh bột bắp, giấm, đường và một số phụ gia khác trong đó có

xanthan gum đóng vai trò như một chất tạo đặc và ổn định hệ nhũ Đây là một ứng

dụng quan trọng và phổ biến nhất của xanthan gum trong công nghệ thực phẩm Nhờ

những tính chất đặc biệt như: là một chất lỏng “giả dẻo”, bền trong môi trường acid

và muối, hoạt động hiệu quả ngay khi ở nồng độ rất nhỏ, rất an toàn khi sử dụng…

đã giúp cho nó trở thành một chất làm bền lý tưởng cho việc chế biến nước sốt salad

Nước sốt salad khi có mặt của xanthan gum sẽ giữ được độ bền cấu trúc rất lâu và có

độ đặc gần như không thay đổi khi gia nhiệt hay làm lạnh Nó có thể chảy rất dễ

dàng mà lại có độ bám dính lên bề mặt salad rất tốt Nồng độ sử dụng tuỳ thuộc vào

hàm lượng dầu, thông thường vào khoảng 0,2 đến 0,4%

Bảng 2.1– Tỷ lệ hàm lượng dầu và xanthan sử dụng trong nước sốt salad

Hàm lượng tinh bột (%)

Hàm lượng xanthan (%)

2,0 0,35

2,0 0,3

1,5 0,25

1,5 0,25

Bảng 2.2 – Thành phần các nguyên liệu sử dụng trong quá trình chế biến nước sốt

10,01,351,00,80,80,1Xem bảng 2.1Xem bảng 2.1

Sơ đồ quy trình chế biến nước sốt salad

Hình 2.8 – Quy trình sản xuất nước sốt salad (salad dressing)

Trình tự chế biến:

1 Nhào xanthan và tinh bột bắp vào một ít dầu nền, theo tỉ lệ dầu : gum = 2 : 1

Quá trình này nhằm giúp cho gum dễ dàng phân tán trong nước mà không bị vón

cục

2 Cho khối nhào vào nước và tiếp tục hòa trộn trong máy trộn tốc độ cao cho đến

khi dung dịch trở nên đồng đều, nhuyễn, mịn và không bị vón cục

3 Phối trộn các thành phần còn lại vào dung dịch (muối, đường, các phụ gia khác:

bột lòng đỏ trứng, mù tạc, kali sorbate) cho đến khi chúng hoà tan hết trong dung

dịch gum

4 Từ từ cho dầu vào, khuấy mạnh cho đến khi hỗn hợp đồng nhất

5 Trong khi khuấy, ta có thể cho giấm ăn và nước chanh vào để sản phẩm co mùi

và vị chua đặc trưng

6 Đồng hoá ở áp suất 105 kg/cm2 (1500psi) rồi rót vào chai thuỷ tinh

™ Dry mixes

Các chế phẩm xanthan dạng bột mịn (fine particle size) sẽ dễ dàng làm tăng nhanh

độ nhớt của dung dịch ở điều kiện nhiệt độ cao hay thấp, đồng thời đạt được cấu trúc

tuyệt hảo và giải phóng chất thơm cho thực phẩm

Chúng có thể được dùng làm chất pha chế các loại thực phẩm như tráng miệng; sốt

salad; dịch ngâm, tẩm; súp; sữa khuấy; các loại gia vị và thức uống Riêng đối với các

loại thức uống hỗn hợp dạng khô (dry mix beverages), khi hoà tan lại vào nước, nhờ

sự có mặt của xanthan gum mà chúng có thể tái cấu trúc (reconstituted) như ở dạng tự

nhiên làm tăng chất lượng sản phẩm, đặc biệt là giá trị cảm quan

Bên cạnh đó, trong các loại nước quả đục (necta), nó vừa làm tăng độ nhớt vừa làm

bền trạng thái lơ lững của thịt quả, góp phần cải thiện cấu trúc và ngoại quan cho

sản phẩm

™ Các nước sốt quả và thịt - Sauces and gravies

Các loại xanthan gum bậc thấp dùng để tạo đặc cho nước sốt quả cũng như nước

sốt thịt ở cả pH acid lẫn pH trung tính Độ đặc này rất bền với nhiệt (nhờ đó chúng

có thể bám dính tốt lên thực phẩm nóng) và có thể duy trì rất lâu trong các điều kiện

bảo quản khác nhau

™ Các loại syrup và topping (lớp tráng bề mặt kem, bánh…)

Trong điều kiện bảo quản lạnh, các loại syrup và topping vẫn có thể giữ được trạng

thái đồng nhất Ví dụ, bột cacao trong syrup chocolate vẫn giữ được trạng thái lơ lững

(suspended); kem (ice-cream) được phủ một lớp kem tráng bề mặt (topping) có thể có

cấu trúc rắn chắc và độ bền tan chảy (freeze-thaw) cao

Qui trình công nghệ sản xuất

Hình 2.8 – Quy trình công nghệ sản xuất nước rong biển

Yêu cầu kỹ thuật cốt yếu của sản phẩm là phải có độ đặc sệt đặc trưng và bên

cạnh đó phải làm sao để ổn định hệ huyền phù rong biển/dịch đường, nghĩa là rong

biển phải luôn ở trạng thái lơ lửng trong suốt thời gian bảo quản sản phẩm Để đạt

được cấu trúc ổn định như vậy dung dịch phải có một độ nhớt nhất định cho phép

rong biển không bị kết lắng

Để đáp ứng yêu cầu trên cần phải sử dụng loại gum thích hợp để làm chất tạo nhớt

và tạo độ ổn định Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại phụ gia tạo nhớt như Agar,

Carageenan, CMC, các loại gum (xanthan gum, guar gum…), alginat… Thông thường,

người ta không sử dụng chỉ một loại riêng rẽ mà sử dụng kết hợp các loại gum khác

nhau nhằm cải thiện và tăng cường các tính năng đặc trưng đồng thời khắc phục

những nhược điểm của từng loại

I.8 Giới thiệu một số chế phẩm xanthan gum có trên thị trường

Các sản phẩm gum trên thị trường đều được sản xuất dưới dạng bột mịn Chất lượng

của mỗi loại rất khác nhau tuỳ thuộc vào công nghệ sản xuất và yêu cầu sử dụng Sau

đây là một số thông tin về một số loại gum được sản xuất bởi 2 hãng lớn đó là KELCO

và DANISCO

Hình 2.9 – Sản phẩm Xanthan gum dạng bột (Food & Technical Grade) (Sep 03, 2006)

I.8.1 Các chế phẩm xanthan gum dạng bột tinh

Bảng 2.4 – Chế phẩm Xanthan gum dạng bột của 2 hãng KELCO và DANISCO

™ Hãng KELCO

Keltrol

Keltrol 521

Đa dụng: tạo đặc, tạo gel…

Độ nhớt tiêu chuẩn Nước sốt (dressing) Tráng miệng lạnh đông

(frozen dessert) Nước chấm (sauces) Các sản phẩm từ sữa Trái cây nền

Tráng miệng ăn liền Syrups

Bánh nướng

Keltrol BT Chịu được nồng độ muối đến 20%

Trong suốt

BBQ sauces Hot sauces Sốt cá (Marinades) Sốt gia vị (Relishes) Nước chấm sản xuất từ đậu nành

Keltrol F Hydrate hoá nhanh, phân tán tốt Hỗn hợp sốt dạng khô

Bột nước giải khát Bột bánh

Keltrol GM Tạp chất thấp (Low dust content)

Có khả năng phân tán tốt Nước sốt gia vị (Relishes) Mứt phủ bề mặt (Topping)

Nước chấm (Sauces)

Keltrol HP

Keltrol HP 594

Độ nhớt cao

Khả năng ổn định huyền phù rất tốt (Excellent suspension)

Sốt dressings Sốt cá (Marinades)

Keltrol SF Đặc tính tạo nhớt thấp (Smooth flow properties) Sốt dressings

Syrups Mứt phủ bề mặt

Keltrol T

Keltrol T 622*

Đa chức năng Trong suốt

*Nồng độ tạp chất thấp (Low dust content)

Sốt dầu giấm Nước quả trong Sốt gia vị Syrups

Keltrol TF Trong suốt

Kết mạng tốt (Fine mesh)

Hydrate hoá tốt

Bột thức uống nhẹ Hỗn hợp sốt dạng khô

Keltrol 630 Độ nhớt cao

Cải thiện chức năng Hydrate hoá và bền trong môi trường axit

Sốt dressings Nước chấm

Keltrol F 630 Kết mạng tốt (Fine mesh) Hỗn hợp sốt dạng khô

Bột nước giải khát

Keltrol T 630 Trong suốt Sốt dầu giấm

Thức uống có gaz

™ HÃNG DANISCO – ĐAN MẠCH

Tên sản phẩm Kích thước hạt Chức năng

GRINDSTED®Xanthan 80 80 mesh-180 μm Tiêu chuẩn, phù hợp cho mọi loại sản

phẩm

GRINDSTED®Xanthan 200 200 mesh-75 μm Hydrate hoá nhanh, độ phân tán thấp -

thích hợp cho sản phẩm có hàm ẩm thấp (low water content)

GRINDSTED®Xanthan EASY 20 mesh-850 μm Độ phân tán cao – Tốt hơn khi được hoà

trộn trước với muối

GRINDSTED®Xanthan SUPRA 16 mesh-1180 μm Phân tán cao, hydrate hoá thấp, độ tinh

sạch cao

GRINDSTED®Xanthan ULTRA 80 mesh-180 μm Hydrate nhanh, phân tán tốt, độ tinh

sạch cao – thích hợp với thực phẩm giàu acid và muối

a

I.8.2 Các chế phẩm dạng hỗn hợp

Khi phối hợp Xanthan gum với các gum khác thuộc nhóm galactomannan (gồm

Guar gum và Locust Bean Gum) sẽ hình thành nên một hỗn hợp có tính chất lưu biến

đặc biệt Tùy theo mục đích sử dụng cũng như để đạt được mức độ tạo đặc mong

muốn cho sản phẩm mà người sản xuất có thể lựa chọn những chế phẩm Gum phức

hợp khác nhau Bảng dưới đây liệt kê những chế phẩm Gum dạng phức hợp hiện có

trên thị trường:

Bảng 2.5 – Các chế phẩm đặc biệt dạng hỗn hợp

™ HÃNG KELCO

Sản phẩm Thành phần Chức năng chính Ứng dụng

Kelgum ® Xanthan gum

Locust bean gum Tạo gel Tạo đặc

Chất hỗ trợ

Phô mai Sốt Thịt đông Nhân bánh pudding

Kem phô mai Phô mai Ricotta Bột bánh nướng

Kelgum

87

Guar gum

Xanthan gum Chất làm bền tính chất lơ lửng của hệ huyền phù

Chất tạo đặc, sệt

Chất ổn định

Phô maiSorbet Kem trái cây Nước quả Sốt

Bột bánh nướng Bánh ngô

Kelgum

100

Guar gum

Xanthan gum

Locust bean gum

Tạo đặc, sệt

Chất làm bền hệ huyền phù Kem lạnh Nước quả

Kem đá đóng hộp

Chất hỗ trợ (Processing Aid)

Kem lạnh mềm Yogurt

™ HÃNG DANISCO

Tên sản phẩm Kích thước hạt Chức năng

GRINDSTED®Xanthan SM 80 mesh-180 μm Hoạt động tốt trong nước muối – thích hợp

với các sản phẩm từ thịt

GRINDSTED®Xanthan TSC 60 mesh-250 μm Chịu được muối Ca và Mg

Hình 2.10 – Quả và hạt cây Guar

II.1 Giới thiệu

Galactomannans là loại polysaccharides dự trữ trong nội nhũ của 1 số hạt đặc biệt

Phần nội nhũ này chứa rất ít cellulose và không có lignin Galactomannans lấy từ hạt

của các loại cây như Carob tree (Ceratonia siliqua), Guar plant (Cyamopsis

tetragonoloba) và một số cây bụi tara (Cesapinia spinosa)

Galactomannans từ các nguồn trên có cấu tạo gồm một chuỗi các liên kết 1-4

glucoside giữa các β-D-mannan và một vài mannan có gắn với 1 phân tử D-

galactose qua liên kết 1-6 glucoside Các galactomannans được phân loại dựa trên tỉ

lệ mannose –galactose, tỉ lệ này thường nằm giữa 1.6:1 và 3.5:1, tương ứng phần

galactose từ 20-40%

Guar gum là loại polysaccharide có trong nội nhũ của hạt cây guar plant Cyamopsis

tetragonoloba Đây là loại cây họ đậu có rễ sâu, sống ở những vùng đất khô cằn Loại

cây Guar này có từ nhiều thế kỷ trước, và được phát hiện đầu tiên ở vùng lục địa Ấn

Độ, lúc đó được sử dụng vừa là nguồn thức ăn cho cả người và động vật Từ Guar bắt

nguồn từ tiếng Sanskrit trong từ “Gau-ahar”, “Gau” có nghĩa là “con bò”, và “ ahar”

có nghĩa là thức ăn

Cây Guar giống loại cây bụi, cao chừng 90

cm, nó là loại cây chịu hạn tốt Khi đã nảy

mầm thì nó cần rất ít nước bề mặt cho quá

trình phát triển (20-25 tuần) Trong những mùa

gió mùa ở Ấn Độ, đặc biệt là ở vùng Tây Bắc

Ấn và Đông Bắc Pakistan, lượng mưa rất phù

hợp cho việc phát triển của cây Cây phát triển

tốt bắt đầu từ tháng 7,8 và đến tháng 11,12 là

thu hoạch Trái đậu Guar dài 5-8 cm,rộng

chừng 1cm Mỗi trái chứa chừng 6-9 hạt,

chiếm khoảng 60% khối lượng trái Trái xanh

được sử dụng làm thức ăn gia súc và làm rau

cho người nghèo, còn trái chin thì không thể sử dụng được nữa Hạt được thu hoạch

bằng các máy đập Màu của hạt từ màu vàng xanh đến màu vàng oliu, những hạt

đen thì không sử dụng được nữa do nó đã bị thay đổi thành phần do bi VSV tấn công

Cây Guar hiện nay trồng nhiều ở Australia, Colombia, Brazil, Argentina, đặc biệt phát

triển tốt ở vùn Texas, Oklahoma và Arizona

II.2 Cấu trúc hóa học của các Galactomannan

Hạt của Guar gum gồm : 20-22 % khối lượng là vỏ, 43-44% khối lượng phôi, phần

còn lại 34-36% khối lượng là nội nhũ

Bảng dưới đây thể hiện phần của hạt và thành phần hóa học của các phần đó (gồm

protein, tro, ẩm, phần acid không tan AIR (acid insoluble residue), các thành phần

khác, và thành phần quan trọng nhất là gum) Phần AIR được xác định bằng cách

thủy phân sản phẩm trong 6-8 tiếng trong dung dịch H2SO4 0,4N ở nhiệt độ sôi Phôi

chứa 50-55% protein được sử dụng làm thức ăn gia súc, sau khi loại bỏ trysin bằng

Protein (%)

Ete tan (%)

Tro (%)

Aåm (%)

AIR (%)

Gum (%)

0.3 0.6 5.2

4.0 0.6 4.6

10

10

10

36.0 1.5 18.0

49.0 83.5 16.7

Cấu trúc của galactomannans như đã đề cập gồm chuỗi các liên kết 1-4 glucoside

giữa các β-D-Mannan và một vài mannan có gắn với 1 phân tử D- galactose qua liên

kết 1-6 glucoside Tỉ lệ phần galactose của carob bean gum khoảng 17-26%, tara gum

khoảng 25%, của Guar gum từ 33-40%

Một galactosemannan có cấu trúc tốt sẽ có sự phân bố vị trí của nhánh galactose

không theo bất cứ một quy luật nào cả Ở Guar gum, có khi có đến 5 phân tử

Mannose liên tiếp mà không có nhóm thế galactose nào, còn đối với carob bean gum

thì có thể lên đến 10-11

Cấu trúc chuỗi của carob, tara, guar galactosemannan cũng tương tự như cấu trúc

của cellulose (cellulose có cấu trúc gồm chuỗi các β-D-glucose liên kết 1-4 glucoside)

Do cấu trúc chuỗi như vậy, cellulose hoàn toàn không tan trong nước, trong khi đó

các chuỗi mannan do có hơn 12% nhánh galactose háo nước làm cho các

galactosemannan có thể tan được trong nước

Cấu trúc hoá học của các galactosemannans được đơn giản hóa theo hình vẽ sau:

Hình 2.11 – Cấu trúc hoá học các galactomannans II.3 Sản xuất bột Guar gum

Hạt guar sau thu hoạch đem đưa vào một loại máy nghiền ma sát hoặc loại máy

nghiền có 2 bề mặt nghiền có tốc độ khác nhau Hạt do đó sẽ được tách ra làm 2

phần: phần nội nhũ được bao bọc bởi vỏ và phần phôi, phần phôi sẽ được loại bỏ ra

qua giai đoạn sàng Phần còn lại sau sàng (vỏ và nội nhũ) sẽ được đun nóng lên để vỏ

mềm ra, rồi đưa vào một loại máy nghiền thứ 2 (máy nghiền búa) nhằm nghiền làm

vỡ và tách vỏ ra khỏi nội nhũ Vỏ sẽ bị tách khỏi nội nhũ hoàn toàn khi qua lần sàng

thứ hai

Phần nội nhũ sẽ được chế biến thành sản phẩm thương mại dạng bột bằng các kĩ

thuật nghiền khác nhau

Một vài thương hiệu guar gum trên thị trường :

¾ Meypro-Guar CSAA

¾ Meyprofin

¾ Meyprodor

¾ Meyprogat

II.4 Tính năng công nghệ

Guar gum có thành phần galactose từ 33-40% khối lượng nên có thể tan tốt trong

nước ở nhiệt độ thường 25oC Trong khi đó phần lớn galactomannan của carob bean

gum với hàm lượng galactose khoảng 17-21% thì cần phải có xử lý nhiệt ở 86-89oC

trong vòng 10 phút và khuấy đều thì mới có thể tan được trong nước Nếu thành phần

galactose bị tách ra (bằng phương pháp enzim chẳng hạn) và phần galactose còn lại

dưới 12% thì loại sản phẩm đó không thể tan trong nước được nữa Các

galactomannans của carob bean gum, tara gum và guar gum đều là loại không có tính

ion

Các nhóm -OH của galactosemannan có thể được thay thế bằng các nhóm khác để

tạo ra các dẫn xuất mang tính ion, không mang tính ion hoặc lưỡng tính Hai nhóm

-OH ở vị trí C3 và C4 có hoạt tính như nhau và quá trình tạo dẫn xuất vào nhóm –-OH

nào là hoàn toàn ngẫu nhiên Nhánh galactose có bốn nhóm –OH, mannose có gắn

galactose thì có hai nhóm –OH, mannose không có gắn galactose thì có ba nhóm –

OH Do vậy, mức độ thay thế trung bình lớn nhất là ba nhóm –OH

Các galactomannans rất nhạy cảm với các acid mạnh, acid hữu cơ (như acid citric,

acetic, ascorbic) và kiềm cùng sự có mặt của các tác nhân oxi hoá mạnh, đặc biệt ở

nhiệt độ cao hay dưới tác dụng của tia γ Các tác nhân này sẽ làm thủy phân mạch ở

những mức độ khác nhau

Cả mannose và galactose đều có các nhóm –OH kế cận ở dạng cis trong không

gian (với mannose là nhóm 2,3 với galactose là các nhóm 3,4) Các nhóm –OH kế

cận dạng cis này có khả năng tạo phức với các tác nhân phù hợp (chẳng hạn như

borate)

Hình sau sẽ minh họa một vài dẫn xuất tiêu biểu của guar:

Hình 2.12 – Các dẫn xuất tiêu biểu của Guar gum

Các loại sản phẩm của guar được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm Do hòa tan

được trong nước nên chúng làm cho dung dịch có độ trong rất tốt Hơn 90% các loại

carob bean gum và tara gum phổ biến hiện nay không phải là các dẫn xuất hóa học

Các sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi làm phụ gia thực phẩm

Bảng 2.7 – Đặc tính công nghệ của các sản phẩm guar gum ([2], trang 148)

12.05.03.01.06.53000

12.0 5.0 3.0 1.0 6.5

3000

12.05.03.01.06.53600

12.04.52.51.06.55000AIR – Acid insolute residue: phần bã acid không tan

Bảng 2.8 - độ nhớt của các dd tara gum 1%

Dd ở 25oC

Dd ở 89oC khuấy trong 10phút

3000mPas 4400mPas

3000mPas 4000mPas

Chú thích: Trục hoành: các chu trình 1, 2, 3; Trục tung: độ nhớt ở 25 o C

Hình 2.13 – Đặc tính lưu biến của các loại galatomannan trong các dung dịch khác

nhau sau các chu trình làm đông – tan giá

Hình trên thể hiện sự biến đổi về độ nhớt của sau số lần làm đông và rã đông của

dung dịch 0.5% và 1% trong nước không có ion, có ion, có acid, có đường và trong 1

số hệ sữa của guar gum, carob bean gum và tỉ lệ 1:1 giữa chúng Dung dịch thí

nghiệm sẽ được làm đông nhanh xuống -78oC rồi lại đưa trở về 25oC Sau đó lại lặp

lại quy trình trên thêm 1 lần nữa Hình biểu diễn trên thể hiện tính chất khác nhau

của các hệ gum khác nhau Guar gum bền đối với việc làm đông và rã đông, còn

carob bean gum thì lại tạo cấu trúc gel yếu như hình sau:

Hình 2.14 – Sự tạo gel của các phân tử Carob bean gum

Bảng sau thể hiện tính chất 1 số gum: Meyprogat 150(A),120(B),90(C), 60(D), 30(E)

và 7(F) Các sản phẩm Meyprogat từ 90 đến 7 là các sản phẩm guar thủy phân, thành

phần mannose trong sản phẩm 90,60,30 lần lượt là 65,8%; 65,5%; 65,8%

Bảng 2.9 - Tính chất của một số sản phẩm gum

Sản phẩm Nồng độ (%) Độ nhớt ở 25

o C (mPa.s)

Phần không tan (%)

Khối lượng phân tử (x10 6 ) Guar gum A

4550 5050 3850 4600 2250 60 3850 4760 4550 4450 4200 4750 4760 4450 4400 4800

Hình sau thể hiện mối quan hệ giữa độ nhớt và nồng độ của các loại gum

Meyprogat Ở pH dưới 3.5, quá trình thủy phân cần phải thực hiện ở nhiệt độ cao Và

việc tăng nhiệt độ từ 20-80oC sẽ làm độ nhớt giảm khoảng 50%, từ 4100 xuống 2050

mPas

Hình 2.15 – Sự ảnh hưởng của nồng độ gum Meyprogat lên độ nhớt của dung dịch

khi đun nóng ở 86-89oC trong 10 phút, độ nhớt được đo ở 25oC sau đó 1 giờ

Ứng dụng của galactomannan chủ yếu dựa vào sự thay đổi tính chất của nó trong hệ

dung dịch lỏng Tất cả 3 loại galactomannan đều là những tác nhân tạo đặc rất hiệu

quả, nếu chúng tan được trong nước thì chúng có thể tương tác với aga, carrageenans

và xanthan gum để tạo ra cấu trúc không gian ba chiều bền vững Khả năng tạo đặc

của galactomannan phụ thuộc vào hình dạng, chiều dài mạch liên kết và trọng lượng

phân tử

II.5 Cách sử dụng và ứng dụng của Galactomannans

Tương tự như xanthan gum, tính năng tạo đặc và tạo gel của galactomannans được

ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm thực phẩm như các sản phẩm đông lạnh, nước

uống, nước trái cây, bánh mì, các sản phẩm cho trẻ em (bột dinh dưỡng, kem…) …

Sau đây là bảng hướng dẫn sử dụng nồng độ carob bean gum cho các sản phẩm

thực phẩm:

Bảng 2.10 – Ứng dụng carob bean gum trong một số sản phẩm thực phẩm

Chống kết tinh

Làm bền bọt

Tác nhân tạo gel

Làm bền hệ keo

Tác nhân tạo đặc

Kem, bánh mì Kem

Bánh pudding, nước giải khát

Hệ nhũ tương thực phẩm Mứt, nước sốt, thực phẩm cho trẻ em

0.1-0.5 0.1-0.5 0.2-1.0 0.2-0.5 0.2-0.5

III CÁC GUM LÀ DẪN XUẤT CỦA CELLULOSE

III.1 Giới thiệu

Cellulose là hợp chất hữu cơ rất phổ biến trong tự nhiên và là thành phần chính

của hầu hết thành tế bào thực vật (cell wall) Nó là nguồn nguyên liệu đầu tiên được

sử dụng để tạo ra những sản phẩm biến tính (modification) ứng dụng trong công

nghiệp thực phẩm và các ngành khác

Cellulosics, hay còn gọi là các dẫn xuất từ cellulose (modified celluloses) cũng là

các phụ gia thực phẩm, bao gồm: Methyl cellulose (MC) E461, Hydroxypropyl

cellulose (HPC) E463, Hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) E464, Methyl ethyl

cellulose (MEC) E465 và Sodium Carboxymethyl cellulose (CMC) E466 Tuy nhiên,

tính chất của hydroxyethyl cellulose không được xem như là phụ gia thực phẩm

Một đặc điểm chung nhất của tất cả các loại phụ gia này là chúng đều thuộc nhóm

hydrocolloid điều chế từ cellulose bằng phương pháp hoá học

III.2 Cấu trúc hoá học

Cellulose là một polymer tạo nên từ các đơn phân là phân tử đường β−D-glucose

bởi các liên kết β-1,4-glucoside

Số mắc xích n phụ thuộc vào mức độ polymer hoá (DP – Degree of polymerisation)

Mỗi đơn phân chứa 3 gốc –OH có khả năng thực hiện phản ứng thế để hình thành

các dẫn xuất khác nhau tùy vào loại gốc thế và số lượng nhóm thế, được đánh giá bởi

chỉ số mức độ thế DS (degree of substitution)

Hình 2.16 – Cấu trúc phân tử cellulose

Cấu trúc của một số dẫn xuất của cellulose như sau:

™ Các alkyl cellulose: HPMC, MEC, HPC

Phản ứng giữa cellulose và methylchloride hay propylene oxide trong môi trường

kiềm mạnh sẽ gắn thêm gốc methyl hay hydroxypropyl vào cellulose Mức độ thay

thế phụ thuộc vào các điều kiện phản ứng

Các sản phẩm hỗn hợp cũng được sản xuất như methylhydroxypropyl cellulose hay

methylethyl cellulose

™ Cacboxymethyl cellulose (CMC)

CMC là dẫn xuất của cellulose với acid chloroacetic Tính chất của CMC tuỳ thuộc

vào mức độ thay thế DS, thông thường từ 0,3 đến 0,9 và mức độ polymer hoá DP từ

200 đến 2000

Hình 2.17 – Cấu trúc phân tử cellulose III.3 Tính chất

III.3.1 Tính chất chung

Có 3 yếu tố chính ảnh hưởng đến tính chất của các dẫn xuất từ cellulose

ƒ Bản chất của các nhóm thế

ƒ Mức độ polymer hoá hoặc chiều dài của phân tử cellulose

ƒ Mức độ thay thế của mạch phân tử cellulose

Bên cạnh đó, kích thước của các hạt phân tử cũng rất khác nhau, điều này ảnh

hưởng đến khả năng hydrate hoá của chúng Chẳng hạn, những phân tử có cấu trúc

dạng hạt thì ít có xu hướng kết tụ nhưng khả năng hoà tan kém Những phân tử dạng

bột mịn thì có khả năng hydrate hoá nhanh nhưng khả năng phân tán không đều đòi

hỏi phải có kỹ thuật khuấy và phối trộn tốt Mức độ polymer hoá (DP) là một thước

đo chiều dài mạch của phân tử cellulose Nếu tăng DP thì độ nhớt của phân tử

cellulose sẽ tăng lên khi hoà tan trong dung dịch Tuy nhiên, không thể so sánh độ

nhớt của hai dẫn xuất cellulose dựa trên độ dài mạch Nhìn chung, các dẫn xuất của

cellulose khi hoà tan sẽ tạo thành dung dịch không màu, không mùi và trong suốt

Một điều cần lưu ý là các cellulose ở dạng bột có khả năng hút ẩm cao nên phải

được bảo quản ở điều kiện thích hợp

III.3.2 Các alkyl cellulose

Phụ thuộc vào bản chất của gốc they thế (methyl, ethyl, hydroxymethyl,

hydroxyethyl, hydroypropyl) và mức độ thay thế mà các dân xuất cellulose nhận được

có khả năng trương nở và hoà tan trong nước khác nhau

™ Methyl cellulose và hydroxypropyl methyl cellulose (MC và HPMC)

Tính chất của hai loại dẫn xuất này rất giống nhau: chúng đều có khả năng hòa tan

trong nước lạnh tạo thành dung dịch có độ nhớt khác nhau phụ thuộc vào DP và DS

Các dung dịch này có độ nhớt bền trong khoảng chuyển pH từ 3 đến 11 Một điều

quan trọng nừa là dung dịch có khả năng tạo thành mạng lưới gel có tính chất thuận

nghịch khi nhiệt độ của dung dịch đạt đến một nhiệt độ thích hợp, được gọi là điểm

bắt đầu tạo gel (IGT – Incipient gel temperature) Nhiệt độ tạo gel của MC là từ 52oC,

HPMC là từ 63oC đến 80oC tùy thuộc vào DS của phân tử Cả hai loại gum này đều

có khả năng tạo màng và hoạt tính bề mặt tốt

Để phân biệt MC và HPMC trên thương mại người ta có thể dựa vào độ nhớt của

chúng trong dịch nồng độ 2% và cũng có thể dựa vào DS

™ Hydroxypropyl cellulose (HPC)

HPC có thể hoà tan trong nước lạnh hình thành dung dịch có độ nhớt cao và thay

đổi phụ thuộc độc lập vào mức độ polymer hoá Không những thế, nó còn tan được

trong cồn nguyên chất cũng như dung dịch cồn Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của dung

dịch đạt trên 45oC thì không thể hoà tan HPC vào nước

Khác với MC và HPMC, HPC không có khả năng tạo thành mạng lưới gel

Hơn thế nữa, một đặc tính thú vị của HPC là có khả năng tạo màng và hoạt động

bề mặt tốt nhất so với những hydrocolloid khác

Trong công nghiệp thực phẩm, người ta dựa vào độ nhớt của dung dịch HPC để

đánh giá chất lượng của HPC thương phẩm

™ Methylenethyl cellulose (MEC)

Cũng giống như MC và HPMC, MEC cũng hoà tan được trong nước lạnh và hình

thành cấu trúc gel khi được đun nóng nhưng khá yếu Tính năng công nghệ của MEC

khi sử dụng riêng lẻ không thể hiện rõ ràng như các phụ gia thực phẩm khác Đúng

hơn là khả năng sắp xếp cấu trúc có trật tự và hoạt tính bề mặt của nó hỗ trợ cho quá

trình “đánh” (whipping aid) được thể hiện rất tốt khi có hiện diện của các thành

phần khác đặc biệt là protein

III.3.3 Carboxymethyl cellulose (CMC)

Thông thường, CMC có thể tan trong cả nước nóng cũng như nước lạnh tạo nên một

dung dịch trong suốt, không màu và không có mùi rõ rệt Cũng như các dẫn xuất

cellulose khác, độ nhớt của dung dịch CMC cũng phụ thuộc vào chỉ số DP Tuy

nhiên, nó có thể tạo nên trong dung dịch 1% độ nhớt cao đến 5000 mPas trong

khoảng nhiệt độ rộng

Như đã biết, tính chất của CMC cũng như các loại cellulosics khác đều phụ thuộc

vào mức độ thay thế và polymer hoá CMC có mức độ thay thế thấp (DS<0,3) thì

không tan trong nước nhưng tan trong kiềm, trong khi CMC có mức độ thay thế cao

(DS>0,4) lại tan được trong nước Độ hoà tan và độ nhớt của CMC phụ thuộc rất

nhiều vào pH

III.4 Ứng dụng

III.4.1 Alkyl cellulose

Những tính chất vừa nêu của các alkyl cellulose khiến chúng có nhiều ứng dụng:

Trong sản phẩm nướng làm từ bột ít gluten hay không có gluten (như bột gạo, bột

bắp) sử dụng methyl hay hydroxypropyl methyl cellulose sẽ làm giảm hiện tượng bở

và vỡ vụn của bánh, tăng lượng nước sử dụng trong bột nhào và nhờ vậy tăng khả

năng phồng nở của tinh bột trong quá trình nướng bánh

Do những dẫn xuất của cellulose có nhiệt độ tạo gel khác nhau nên có thể lựa

chọn loại cellulose phù hợp nhất cho từng ứng dụng

Các dẫn xuất này khi thêm vào bột chiên thịt hay tôm sẽ giúp tăng lượng mỡ có

thể hấp thụ khi chiên, thêm vào các loại rau củ, trái cây sấy khô giúp cải thiện tính

chất và cấu trúc của sản phẩm khi tái hydrate hoá

Các loại thực phẩm không bền có thể được bảo quản nhờ phủ lên một lớp dẫn

xuất alkyl cellulose Các dẫn xuất cellulose cũng được sử dụng làm chất tạo đặc trong

các loại thực phẩm ăn kiêng

Hydroxypropyl cellulose là chất làm bền nhũ tương rất tốt, trong khi methyl

cellulose lại có khả năng tạo bọt bền

Công thức chế biến một số sản phẩm có sử dụng alkyl cellulose:

Bảng 2.11 – Sản phẩm Potato croquette(1)

(1) Sản phẩm có dạng miếng khoai tròn được bọc bằng vụn bánh mì và rán mỡ

Bảng 2.12 – Soya burgers

Bảng 2.13 – Bake-stable filling

Bảng 2.14 – Topping for whipping

III.4.2 Carboxymethylcellulose

CMC là một chất kết dính trơ và là chất tạo đặc được sử dụng để điều chỉnh và cải

thiện cấu trúc nhiều loại thực phẩm như mứt trái cây dạng thạch, nhân bánh dạng

paste, phomai, salad… Nó giúp giảm hiện tượng tạo tinh thể đá trong kem, giữ cho

sản phẩm có cấu trúc mềm và trơn mịn CMC cũng ngăn cản hiện tượng kết tinh

đường trong sản xuất kẹo, ngăn ngừa hiện tượng thoái hoá tinh bột và vỡ (bể) trong

các loại bánh nướng Cuối cùng, giống như các dẫn xuất ankyl, CMC cũng có khả

năng cải thiện tính chất tái hydrate hoá của nhiều sản phẩm thực phẩm sấy

Công thức chế biến một số sản phẩm có sử dụng alkyl cellulose:

Bảng 2.15 – Instant fruit drink powder

Bảng 2.16 – Instant chocolate drink

Bảng 2.17 – Water ice or ripple

Bảng 2.18 – Ice cream