CHẤT KEO THỰC PHẨM: GUM ARABIC, ALGINATE, CARRAGEENAN

Ngoài ra, gum arabic còn được bổ sung vào nhiều sản phẩm thực phẩm khác như trong rượu vang, các sản phẩm thủy sản,nước giải khát có ga,… bị oxy hóa… nên gum arabic dùng để bao viên các

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GUM ARABIC 6

1.1 Định nghĩa về gum arabic: 6

1.2 Phân loại gum arabic: 7

1.3 Cấu tạo của gum arabic: 8

1.4 Tính chất của gum arabic: 9

1.5 Ứng dụng: 10

CHƯƠNG 2 ALGINATE 15

2.1 Nguồn gốc và cấu trúc hóa học : 15

2.2 Đặc tính của alginate: 19

2.2.1 Sự hòa tan: 19

2.2.2 Về độ nhớt: 19

2.2.3 Sự tạo gel và kỹ thuật tạo gel: 22

2.3 Ứng dụng của Alginate 25

2.3.1 Trong công nghiệp thực phẩm 25

2.3.2 Ứng dụng trong công nghiệp dệt 26

2.3.3 Ứng dụng trong công nghiệp giấy 26

2.3.4 Ứng dụng trong tơ nhân tạo 26

2.3.5 Ứng dụng trong y học và dược học 26

2.3.6 Trong công nghệ mỹ phẩm 27

2.3.7 Ứng dụng trong một số lĩnh vực khác 27

2.4 Quy trình sản xuất, điều chế Alginate 28

2.5 Một số qui định sử dụng Alginate trong thực phẩm: 36

2.5.1 Hệ thống đánh số quốc tế (International Numbering System - INS) 36

2.5.2 Lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận được (Acceptable Daily Intake - ADI) .36

2.5.3 Lượng tối đa ăn vào hàng ngày (Maximum Tolerable Daily Intake - MTDI) 36

CHƯƠNG 3 CARRAGEENAN VÀ CẤU TRÚC 39

3.1 Carrageenan 39

3.2 Cấu trúc 39

3.3 Các tính chất lưu biến của carrageenan 42

3.3.1 Độ rắn 42

3.3.2 Độ trương nở 43

3.3.3 Độ tan 45

3.3.4 Sự hydrate hóa 47

3.3.5 Độ nhớt 47

3.3.6 Thixotropy 50

3.3.7 Tạo gel 51

3.4 Công nghệ sản xuất carrageenan từ rong biển 56

3.4.1 Quy trình công nghệ sản xuất Carrageenan 56

3.4.2 Giải thích một số công đoạn trong quy trình 58

3.5 Tiêu chuẩn chất lượng carrageenan 62

3.5.1 Tiêu chuẩn carrageenan ở Việt Nam 62

3.5.2 Tiêu chuẩn carrageenan ở Philippine 63

3.5.3 Tiêu chuẩn carrageenan của FAO 63

3.5.4 Tiêu chuẩn cơ sở về carrageenan (công ty Acroyali Holdings Qingdao - Trung Quốc) 63

3.5.5 Tiêu chuẩn cơ sở về carrageenan của công ty Marine science ở Nhật Bản .64

3.6 Ứng dụng của carrageenan 64

3.6.1 Đặc tính của carrageenan 64

3.6.2 Ứng dụng trong thực tiễn 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng kéo theo nó là sự phát triển củacác ngành sản xuất công nghiệp mà điển hình là ngành công nghiệp thực phẩm Tính đến nay, bên cạnh việc mở rộng quy mô sản xuất tạo ra nhiều loại sản phẩm trên nhiều mặt hàng, ngành công nghiệp thực phẩm cũng đẩy mạnh các vấn đề về nghiên cứu sinh học, ứng dụng các thành ựu khoa học vào sản xuất

Trong các thành phần có trong các sản phẩm thực phẩm đáng chú ý là thành phần chất keo- tạo cấu trúc, tính chất cảm quan cho sản phẩm Trong chất keo được chia làm nhiều loại khác nhau: có trong tự nhiên và bán tổng hớp Các loại trong tự nhiên dễ kiếm

và rẻ tiền nên rất được ưa chuộng trong sản xuất

Hiểu được các tiên ích cũng như vai trò quan trọng của chất keo trong thực phẩm, hôn nay nhóm 10 chúng em đã tìm hiểu về một chất keo thường được sử dụng như: gum arabic, carrageenan, alginate Hi vọng thông qua bài tiểu luận của nhóm có thể gúp các bạn phần nào trong việc hiểu rõ hơn về nhóm chất phụ gia thông dụng này

Xin cảm ơn!

CHƯƠNG 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 hóaquan 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 phíađông 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

1.1 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 mộtloại 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

1.2 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 đâyngười 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 từ vàng nhạt đến màu hổ phách đậm

 Loại được làm sạch: đạt tiêu chuẩn có màu hổ phách từ nhạt đến đậm Có chứa các loại sạn nhưng đã được loại bụi

 Loại sạn sau sàng: những hạt nhỏ còn lại sau khi đã qua các những lần 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 bụi bẩn

 Loại đỏ: gồm cát hạt màu đỏ sậm

1.3 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 tạothành 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 các đơn vị cuối mạch Các đơn vị D-glucuronic axit thường được gắn bằng liên kết ᵦ-D-(1,6) với các đơn vị

galactose và các đơn vị L-arabinofuranose thường được gắn với các đơn vị

D-glucuronic axit bằng liên kết 1,4 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…

- 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 Bên cạnh đó, hàm lựơng 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 1)

Bảng 1.1: Thành phần amino acid của hai loại gum arabic (g/1000g phần còn lại)

- Khối lượng phân tử của gum arabic trong khoảng từ 200.000 đến 270.000 Trong

đó, khối lượng phân tử trung bình của gum Acacia seyal lớn hơn gum Acacia senegal Khối luợng phân tử của hai loại gum được xác định bằng phương pháp sắc ký lọc gel sử dụng chỉ số khúc xạ kết hợp với quang phổ phát xạ kết hợp và quang phổ hấp thu tử ngoại(bước sóng 206nm)

1.4 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 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 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% Mộtkhi 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

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

1.5 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 nướcmen

 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 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 1.2: Thành phần chính của kẹo dẻo (Marshmallow)

Hydrogenated vegetable oil 3.8%

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

Ngoài ra, gum arabic còn được bổ sung vào nhiều sản phẩm thực phẩm khác như trong rượu vang, các sản phẩm thủy sản,nước giải khát có ga,…

bị oxy hóa… nên gum arabic dùng để bao viên các giọt dầu hương liệu li ti (vi giọt), chuyển chúng thành dạng bột rắn nhằm các mục đích sau:

Hạn chế sự oxy hóa hương liệu trong thời gian bảo quản (gum arabic tạo màng baoquanh giọt hương liệu, ngăn chặn sự tấn công của oxy không khí)

Giúp hương liệu có thể phân tán trong nước (do gum arabic tan được trong nước) trong quá trình chế biến thực phẩm

Giảm sự thất thoát của hương liệu trong quá trình chế biến thực phẩm có gia nhiệt

Kỹ thuật bao vi nang có thể mô tả vắn tắt sau: dung dịch gum arabic (pha nước) được trộn vào hương liệu (pha dầu) trong thiết bị trộn tốc độ cao để tạo ra hệ nhũ hóa Sau đó hệ nhũ được đưa vào thiết bị đồng hóa để tạo ra các vi hạt có kích thước đồng nhất Cuối cùng, hỗn hợp này được đem đi sấy phun tạo thành sản phẩm dạng bột rắn có kích thước hạt đồng đều Đây chính là một trong công nghệ tạo ra sản phẩm hương liệu dạng bột.

Quy định về việc sử dụng gum arabic trong các sản phẩm thực phẩm

Bảng 1.4: Giới hạn sử dụng của gum arabic trong một số sản phẩm thực phẩm

3 Thịt, thịt gia cầm và thịt thú tươi nguyên

5

Thủy sản, sản phẩm thủy sản hun khói,

sấy khô, lên men hoặc ướp muối, kể cả

nhuyễn thể,giáp xác,da gai

GMP

6 Dầu trộn, gia vị (bao gồm các chất tương

51

9 Nước rau cô đặc ( dạng lỏng hoặc rắn) GMP

11

Cà phê, chè, nước uống có dược thảo và

các loại đồ uống từ ngũ cốc, không kể

nước uống từ cacao

GMP

(http://www.thesaigontimes.vn/Uploads/Articles01/10148/81be8_danhmuc.swf)

 ML (maximum level): giới hạn tối đa cho phép

 GMP: không giới hạn sử dụng trong thực phẩm

Chúng cũng được sử dụng trong lĩnh vực dược phẩm nhờ đặc tính nhũ hóa và ổn định cố hữu, sau đó là nhờ có đặc tính làm mềm và trị viêm; trong mỹ phẩm; trong công nghiệp sơn và in; keo dán

CHƯƠNG 2 ALGINATE2.1 Nguồn gốc và cấu trúc hóa học :

Alginate (INS 400/401) là từ chỉ chung cho một số hợp chất muối của acid alginic, loại polymer sinh học biển phong phú nhất thế giới và là loại polymer sinh học nhiều thứ haitrên thế giới sau cellulose Và được phát hiện đầu tiên bởi Stanford (1881), là một acid hữu

cơ có trong tảo nâu Nguồn Alginate chủ yếu được tìm thấy ở thành tế bào và ở gian bào của tảo nâu ở biển (thuộc họ Rhaeophyceae): Laminaria hyperborea, Laminaria digitata, Laminaria japonica, Ascophyllum nodosum, Ecklonia maxima, Macrocystis pyrifera,

Durvillea antarctica, Lessonia nigrescens và Lessonia trabeculata

Trong quá trình sản xuất, acid alginate được chiết xuất từ các loại tảo này nhưng do

nó không bền, dễ bị tự phân nên người ta chuyển nó thành các hợp chất muối alginate khác nhau, có tính bền và có thể hòa tan trong nước

Về mặt cấu trúc, acid alginic là một polymer kết hợp (copolymer) được tạo thành từ 2khối -D- mannuronic acid (khối M) và -l-guluronic acid (khối G) liên kết với nhau để tạo ra

polysaccharide mạch thẳng qua liên kết glycoside (1,4) Trong alginate, các đơn phân M, G

có thể kết hợp với nhau để tạo thành 3 loại khối:

- Khối M: Gồm các đơn phân tử M liên kết với nhau

- Khối G: Gồm các đơn phân tử G liên kết với nhau

- Khối MG: Gồm các đơn phân tử M,G liên kết luân phiên nhau

Hình 2.1 Công thức cấu tạo của 2 acid cấu tạo nên acid alginic

Hình 2.2 Acid alginic (C6H6O6)n

Hình 2.3: Cấu trúc khối của alginate (lần lượt từ trên xuống: khối G, Khối M, Khối

MG)

Alginate polymer ưa nước và có thể tạo thành thể gel không thuận nghịch với sự hiện diện của Ca2+ Bằng cách này Alginate được đánh giá có khả năng tạo màng tốt Các dạng thương phẩm của Alginate: natri alginate, kali alginate, amon alginate, magie

alginate, canxi alginate, propylen glycol alginate Trong đó Sodium Alginate (Na alginate,INS 401) là hợp chất được sử dụng phổ biến nhất

Sơ lược về Sodium Alginate

Hoá chất sodium alginate là muối natri của acid alginic (NaC6H7O6)n Chất này được tách từ gôm của cây tảo nâu có trọng lượng phân tử từ 32.000-200.000, do D-

Mannuroic acid và L-Guluronic acid liên kết với nhau bởi liên kết 1-4 glucozit Nó tồn tạidưới dạng hạt màu trắng hoặc vàng nhạt sợi, không vị Được dùng làm chất tạo đông, chất

ổn định, chất tạo gel, chất nhũ hóa, không tan trong nước và dung môi hữu cơ, tan chậm trong dung dịch carbonate natri, hoá chất sodium acetate hydroxide natri

Gôm là một dạng chất do cây tiết ra nhưng khác với nhựa cây ở chỗ: gôm nếu đốt lên sẽ nghe mùi khét còn nhựa cây đốt lên sẽ nghe mùi thơm

Bảng 2.1 Tính chất vật lý dung dịch Sodium Alginate dùng trong thực phẩm (Anon,

1972) (trích dẫn bởi Cao Thị Lan Như, 2008)

Nhiệt độ cháy đen (0C) 340,460

• Ngày nay, nó cũng được sử dụng trong các thí nghiệm sinh học dùng cho cố định của tế bào để có được sản phẩm quan trọng như rượu, axit hữu cơ,

• Trong những năm gần đây, sodium alginate đã được sử dụng trong ẩm thực phân

tử Sodium alginate được kết hợp với calcium lactate hoặc các hợp chất tương tự để tạo ranhững quả cầu chất lỏng bao quanh bởi một màng mỏng thạch

• Một ứng dụng lớn đối với sodium alginate là trong in nhuộm phản ứng, như chất làm đặc cho thuốc nhuộm hoạt tính, trong ngành dệt in lưới và thảm jet-in Alginat khôngphản ứng với các thuốc nhuộm và rửa ra dễ dàng, không giống như chất làm đặc tinh bột

2.2 Đặc tính của alginate:

2.2.1 Sự hòa tan:

Do alginate háo nước nhưng hòa tan chậm trong nước nên khi cho chúng vào nước

sẽ bị vón cục Để ngăn chặn tình trạng này, nó thường được trộn trước với đường cát để phân tán sơ bộ các hạt Sau đó cho vào nước kết hợp lực khuấy và cắt tốc độ cao

2.2.2 Về độ nhớt:

Khi hòa tan các Alginate vào nước và sẽ ngậm nước và tạo dung dịch nhớt, độ nhớt

tỉ lệ thuận vào chiều dài phân tử của Alginate Alginate có chuỗi càng dài thì dung dịch có

Bảng 2.2 : Độ nhớt của Alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 200C)

2.2.2.1 Tính chất đối với kim loại hóa trị I, II

+ Alginic hòa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối kiềm hóa trị I hòa tan có độ nhớt cao

Ví dụ: khi cho Alginic hòa tan trong dung dịch NaOH thì tạo thành dung dịch Alginate Natri có độ nhớt cao:

Alginic + NaOH →Alg-Na + H2O

Tính chất của muối Alginate với kim loại hóa trị I:

 Dễ bị cắt mạch bởi yếu tố acid, kiềm mạnh, nhiệt độ cao, enzyme

 Khi tương tác với acid vô cơ thì tách Alginic tự do Vì vậy, lợi dụng tính chất này

để tinh chế Alginic, ứng dụng trong công nghiệp

 Dễ hòa tan trong nước, tạo dung dịch keo nhớt có độ dính, độ nhớt cao

 Khi làm lạnh không đông, khi khô trong suốt có tính đàn hồi

Tính chất của Alginate với kim loại hóa trị II:

 Muối kiềm hóa trị II không tan

 Có độ chắc cao

 Có khả năng tạo màu tùy theo kim loại.

 Không hòa tan trong nước

Khi ẩm thì dẻo (Gel Alginate), khi khô có độ cứng cao và khó thấm nước, tỷ trọng thấp

2.2.2.2 Hợp phần từ Alginate :

Alginate có thể kết hợp với các thành phần khác để tạo thành màng hợp phần, nhờ

sự kết hợp này mà cải tiến được đặc tính của màng Màng hợp phần Alginate và tinh bột được đánh giá là có độ bền cơ học cao Lipid, sáp, các loại acid béo, các loại dầu, chất béo

nó có thể được kết hợp với Alginate trong màng hợp phần Alginate-Lipid Dựa trên tính

kỵ nước sự kết hợp màng làm tăng cường rào cản sự bóc hơi nước Tuy nhiên sử dụng Lipid còn có nhiều bất lợi do tạo ra mùi oi khét, mùi khó chịu (Cruibeert &Biguet, 1996) (trích dẫn bởi Cao Thị Lan Như, 2008) sẽ ảnh hưởng chất lượng sản phẩm được bao màng

2.2.2.3 Sự hóa dẻo:

Sự hóa dẻo của màng có thể nâng cao bằng cách thêm vào các tác nhân làm dẻo cách này gọi là sự hóa dẻo Kết quả làm cho độ bền của màng càng tăng lên, chính điều này giúp màng ít bị rách, đó là kết quả của quá trình co lại của các phân tử bên trong giữa các chuổi polymer trong cấu trúc màng Chất dẻo phải phù hợp với polymer sử dụng làm màng và cũng phải cùng hoạt tính tan với polymer Các yếu tố khác là chất dẻo phải được giữ lại trong hỗn hợp lâu, ổn định cao, không bao hơi và màu, và quan trọng là mùi của các chất này không làm ảnh hưởng tiêu cực đến tính tính chất của màng (Guibert và Biquet, 1996)

Tính chất của màng Alginate :

Các Alginate cũng có khả năng tạo màng rất tốt Các màng rất đàn hồi, bền, chịu dầu và không dính bệt Màng thuộc nhóm polysacharide có khả năng ngăn cản oxy và lipid thấm qua vì thế sẽ ức chế được hiện tượng oxy hóa chất béo và các thành phần khác trong thực phẩm Bên cạnh đó màng còn có khả năng làm giảm thất thoát ẩm vì lượng ẩm trong màng sẽ bay hơi trước ẩm trong thực phẩm, từ đó màng bao sẽ hơi khô và co lại làmcho lượng ẩm bên trong không thoát ra được (Allen, 1963) (trích dẫn bởi Trần Thanh Quang, 2008)

Màng Alginate được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm nhằm tăng thời gian sử dụng và bảo quản chất lượng sản phẩm được lâu hơn Màng bao ăn được

có thể được sử dụng dể làm giảm tác hại của do quá trình chế biến gây ra Màng bao vừa

có tác dụng kéo dài thời gian sử dụng vừa ngăn cản sự mất ẩm và sự di chuyển chất tan, phản ứng oxy hóa (Baldwin, Nisperos, Chen & Hagenmaier, 1996; Park, 1999; Wong, Camirand & Pavlath, 1994)

2.2.3 Sự tạo gel và kỹ thuật tạo gel:

Một tính chất tiêu biểu của Alginate là khả năng tạo gel, trong điều kiện nhiệt độcao ở trạng thái sôi và khi làm nguội thì sẽ trở thành dạng gel Thông thường kết hợp vớiCa2+ tạo gel như hình

Hình 2.4: Sự kết hợp ion Ca2+ với

Alginate

Hình 2.5: Vị trí của Ca2+ trong

Alginate

Kỹ thuật tạo gel

Gel thành lập có thể kiểm soát được thông qua sự giải phóng ion Ca2+ hay dungdịch Alginate Alginate hay hỗn hợp chứa nó được tạo gel bằng cách nhúng hoặc phundung dịch chứa ion Ca2+ CaCl2 là chất phổ biến thường được sử dụng đi chung Cácion Ca2+ sẽ phản ứng với Alginate theo dạng “Box- egg” trong đó ion Ca2+ nằm trongmột khoảng trống trong chuỗi alginate giống như quả trứng nằm trong hộp

Để phản ứng với ion Ca2+ tạo thành gel , alginate phải chứa một tỷ lệ acid gluconic nhất định và các đơn phân tử acid gluconic này phải nằm trong các khối Vùng nối của mạng lưới gel alginate được hình thành khi khối G trong một phân tử alginate nối với khối G trong một phân tử alginate khác thông qua ion Ca2+ Khối G và MG sẽ không tham gia vào vùng nối nhưng sẽ hình thành những đoạn tạo dẻo trong mạng lưới gel Các Alginate phản ứng mạnh với ion Ca2+ hoặc Alginate có chứa nhiều α-1,4-L-Guluronic acid (G)

Điều quan trọng nhất đối với tách nước là tỷ lệ calcium với alginate

2.2.3.2 Cơ chế hình thành gel

+ Đông tụ gel khuếch tán

 Môi trường trung tính: Muối calcium: CaCl2

Khi tiếp xúc, ion Ca2+ sẽ khuếch tán vào hỗn hợp thực phẩm chứa alginate, phản ứng với alginate và gel alginate calcium được hình thành Khi bề mặt hỗn hợp đã tạo gel

và bão hòa ion Ca2+ thì sự tạo gel sẽ tiến hành vào bên trong hỗn hợp Vì ion Ca2+ không thể khuếch tán quá sâu vào sản phẩm để tạo thành lớp gel dày nên cơ chế này thích hợp

để tạo gel cho những sản phẩm có kích thước nhỏ, mỏng hoặc lớp gel này có vai trò như một chất phủ cho bề măt thực phẩm.

 Môi trường acid: Muối thích hợp: calcium carbonate, dicalcium phosphate

Trong trường hợp này,một muối calcium tan trong axit, không tan ở pH trung tính

sẽ được trộn với hỗn hợp này, muối calcium sẽ hòa tan và ion Ca2+ sẽ tương tác với

alginate để hình thành gel tượng tự như trường hợp trung tính ở trên

+ Đông tụ gel bên trong:

 Môi trường trung tính: Hỗn hợp alginate, muối calcium và hợp chất cô lập

Muối calcium: calcium sulphosphate

Hợp chất cô lập: muối citrate và phosphate

Trong trường hợp này, ion Ca2+ sẽ được giải phóng đồng đều trong toàn bộ sản phẩm trong điều kiện có kiểm soát Một hỗn hợp alginate, muối calcium hòa tan chậm và một hợp chất gọi là ‘hợp chất cô lập’ được trộn với nhau Khi ion Ca2+ của muối calcium này giải phóng ra, nó sẽ được hợp chất cô lập giữ lại (gọi là cô lập tạm thời) để ngăn không cho ion Ca2+ tác dụng ngay với alginate

 Môi trường acid:

Sử dụng muối calcium carbonate và một số muối calcium phosphate là nguồn cungcấp ion Ca2+ cho sự tạo gel Một đặc điểm của các muối này là khả năng hòa tan và giải phóng ion Ca2+ sẽ phụ thuộc vào pH Khi một thực phẩm được trộn với alginate và nguồn cung cấp ion Ca2+ ở pH trung tính (lúc này ion Ca2+ chưa được giải phóng ra) Ion Ca2+ chỉ được giải phóng ra để tạo gel với alginate khi hỗn hợp thực phẩm này được acid hóa bằngcác loại như acid citric, acid adipic và các acid thích hợp khác

+ Đông tụ gel bằng quá trình làm nguội:

 Một hỗn hợp alginate, muối calcium và hợp chất cô lập được hòa tan trong một dung dịch nóng

 Sự tạo gel chỉ bắt đầu khi dung dịch được làm nguội và hình thành loại gel alginate – calcium bền nhiệt

 Loại gel này ít bị tách nước hơn so với gel được tạo ra từ cơ chế đông tụ khuếch tán và đông tụ bên trong Nhiệt độ làm nguội để tạo gel có thể trong khoảng 0-

500C, tuy nhiên quá trình tạo gel này bị hạn chế với cấu trúc gel khá mềm

2.3 Ứng dụng của Alginate

2.3.1 Trong công nghiệp thực phẩm

+ Alginate được sử dụng nhiều trong sản xuất kem, socola, mayonnaise, bánh, món tráng miệng với công dụng làm đặc tạo cấu trúc ổn định cho sản phẩm Vai trò của nó là chất ổn định trong kem đá bởi các tính chất như: ngăn cản và hạn chế sự tạo thành tinh thể

đá trong suốt quá trình đông, ức chế hoàn toàn sự tạo thành tinh thể của lactose, nhũ hóa các cầu béo, tạo ra độ nhớt cao, tạo ra gel có khả năng giữ nước tốt làm cho kem không bịtan chảy, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn

+ Đối với bia đây chính là tác nhân chính tạo độ bền cho bọt bia Acid Alginic còn

được sử dụng trong các loại nước uống cô đặc, bơ, bánh kẹo, phomat, trong mỹ phẩm vì

có khả năng làm quánh, đặc và ổn định trong cấu trúc sản phẩm

+ Làm đặc và nhũ tương hóa: natri alginate có thể nâng cao tính ổn định của sản phẩm và làm giảm lượng nước trong thực phẩm

+ Hydrat hóa: natri alginate làm cải thiện độ dai cho các sản phẩm mì ăn liền, miến làm cho chúng trở nên dai hơn, đàn hồi và giảm vỡ vụn, tỉ lệ gluten chứa trong bột mì có thể được nâng cao, là màng bao, nó có thể điều chỉnh hương vị, nâng cao điểm nóng chảy của sản phẩm

+ Màng canxi alginate giúp bảo quản cá thịt đông lạnh tốt hơn tránh được sự trở mùi khó chịu cũng như hạn chế được sự oxi hóa, và sự tiếp xúc trực tiếp với không khí + Cho vào sữa bò với nồng độ keo Alginate Natri 0,1% ( 1,8% sẽ chống được hiện tượng các chất không hòa tan kết tủa

+ Khi tinh chế rượu dùng Alginate Natri 1% để làm trong, nếu còn gặp khó khăn cho thêm than xương và Canxi vào

Với những thực phẩm có độ axit cao không thể dùng Alginate Natri được thì

propylen – glycol Alginate là chất thay thế rất tốt vì nó bền được cả trong vùng pH = 0 – 3

2.3.2 Ứng dụng trong công nghiệp dệt

Alginate có độ nhớt cao, tính mao dẫn kém, khi khô trong suốt, bóng và có tínhđàn hồi tốt Vì thế người ta dùng hồ vải cho sợi bền và chịu được cọ sát, giảm bớt tỷ

lệ sợi đứt và nâng cao hiệu suất dệt

Trong công nghiệp in hoa Alginate Natri là chất tạo cho thuốc nhuộm có độ dính caođáng kể, in hoa không nhòe và rõ ràng Ngoài ra còn dùng làm vải không thấm nước

2.3.3 Ứng dụng trong công nghiệp giấy

Alginate hồ lên giấy làm cho giấy bóng, dai, không gẫy, mức độ khô nhanh, viết trơn, giấy hồ Alginate Natri còn làm tăng tính chịu nóng, do đó còn làm nguyên liệu đểchế giấy chống cháy

Ngoài ra Alginate Natri còn làm chất kết dính trong mực in.

2.3.4 Ứng dụng trong tơ nhân tạo

Dung dịch Alginate Natri nếu phun qua những lỗ nhỏ vào muối kim loại hóa trị II hay axit thì hình thành sợi tơ Qua nghiên cứu người ta thấy rằng tơ nhân tạo Alginate tương đối bền

2.3.5 Ứng dụng trong y học và dược học

Trong Y học Alginate được dùng làm chất trị bệnh nhiễm phóng xạ vì khi người bệnh ăn Alginate Natri thì nó kết hợp với Stronti rồi thải ra ngoài Hiệu suất chữa bệnh khá cao

Alginate Natri làm tăng hiệu quả chữa bệnh của penicillin vì khi có mặt Alginate Natri sẽ làm cho penicillin tồn tại lâu hơn trong máu

Trong công nghệ bào chế thuốc Alginate Natri được sử dụng làm chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc thuốc, làm chất phụ gia chế các loại thức ăn kiêng Trong nha khoa dùng axit Alginic thay thạch cao để làm khuôn răng, nó giữ được hình răng chính xác

2.3.6 Trong công nghệ mỹ phẩm

Cho Alginate vào hỗn hợp nước và mỡ, nó sẽ làm nước và mỡ trộn đều một cách

ổn định Ví dụ: kem đánh răng gồm glycerin xà phòng, bột mùi … được trộn thành dạng nhũ tương ổn định

Alginate là chất làm nền cho phấn, sáp, nước hoa, xà phòng, giữ mùi thơm cho nước hoa xà phòng (PGA)

Làm vecni và xi, không cần đánh bóng vì cho Alginate Natri vào dung dịch

amoniac, khi amoniac bay hơi sẽ để lại trên nền một lớp màng bảo vệ có độ bóng cao

2.3.7 Ứng dụng trong một số lĩnh vực khác

Alginate dùng làm chất tạo đông, với điều kiện nhiệt độ 200C, dung dịch Alginate nồng độ 1% có độ nhớt 1500 (3000 centipoise, trong đó cồn dán (gồm Arabic) có độ nhớt

Alginate còn được sử dụng làm chất mang tốt trong kỹ thuật cố định tế bào, hiện nay Alginate còn được làm môi trường cố định enzyme.

Dùng làm chất khử tinh thể: Cho Alginate vào dung dịch tạo kết tủa nó sẽ làmchất kết tủa giảm kích thước, Alginate được dùng trong điện giải kim loại, sản xuấtthạch cao xi măng và nhiều loại sơn

Dùng làm chất kết từ và chất kết dính trong công nghiệp sản xuất giấy hoa dán tường, gỗ tổng hợp Khi trộn với Gelatin, Alginate làm giảm điểm nóng chảy của Gelatin nên nó được dùng làm phim ảnh, kết hợp với các ion kim loại cho các sản phẩm có độ bền cao Kết hợp với cellulose tạo các chất cách điện, với propylen – glycol tạo các loại sơn, chất giữ mùi

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy Alginate được chiết tách từ rong Mơ, hoàn toàn có khả năng thay thế CMC (Cacboxyl – Metyl – Cellulose), làm phụ gia cho xi măng ở các giếng khoan dầu mỏ

2.4 Quy trình sản xuất, điều chế Alginate

Công nghệ sản xuất keo alginate từ rong nâu:

Rong nâu

Xử lý

Phương pháp PocmolPhương pháp acidPhương pháp CaCl2Nấu chiết

Lắng lọc

Ly tâm

Na2CO3, NaClNa2CO3, Na2HPO4

Bã thảii

Tách tạp chất hòa tan

Alginat

Làm khô

Làm khô

- Xử lý :

+ Xử lý formol:

Mục đích: Cố định protein và chất màu trên phần cellulose, làm sạch dịch chiết sau nấu

Bảo vệ Alginate trong suốt quá trình công nghệ

Các yếu tố ảnh hưởng: Thời gian, nhiệt độ, nồng độ, tỷ lệ formol

Ưu điểm: Làm tăng hiệu suất và chất lượng đáng kể đồng thời không cần bổ sung formolkhi một lý do nào đó công nghệ bị chậm trễ

Nhược điểm: Độc

+ Xử lý acid:

Mục đích: Loại khoáng Ca, Mg ra khỏi muối Alginate trong cây rong, từ đó giải phóng Alginic để Alginic dễ dàng tương tác kiềm trong quá trình nấu Rút ngắn quá trình nấu chiết, làm mềm cellulose của cây rong

Acid có tác dụng hòa tan các thành phần phi Alginate chủ yếu chất màu và các chất khác.Tăng hiệu suất tách chiết, giảm thời gian nấu

Giải thích:

Acid đẩy Ca, Mg ra khỏi cấu trúc gel bền, khi đó Alginic ở trạng thái mạch đơn

tự do nhưng vẫn chưa hòa mà vẫn ở trên thành tế bào cây rong

Khi kiềm hóa trị I vào nấu, phản ứng tạo muối kiềm I diễn ra nhanh hơn, triệt để hơn, hiệu suất cao hơn

Phản ứng diễn ra khi cho rong ngâm trong acid:

Ca(Alg)2 + 2H+→2 HAlg + Ca2+

Alginic được giải phóng sẽ dễ dàng tương tác với kiềm hóa trị I để tạo muối kiềm I hòa tan trong công đoạn nấu và tách ra

HAlg + Na+→ NaAlg + H+

Thường dùng dung dịch HCl, H2SO4 xử lý thì phản ứng tách Ca xảy ra

như sau: [(C5H7O4COO)2Ca]n + 2nHCl → 2 C5H7O4COOH + nCaCl2

[(C5H7O4COO)2Ca]n + nH2SO4 → 2 C5H7O4COOH + nCaSO4

Ưu điểm: Tách được triệt để các khoáng ra khỏi polymer của Alginate tạo điều kiện cho quá trình nấu chiết rất nhanh Nếu những thông số của quá trình xử lý phù hợp thì

phương pháp này có đóng góp rất tốt vào hiệu suất cũng như chất lượng của Alginate rất tốt

Nhược điểm: Phải thử nghiệm với từng loại rong để tìm ra biện pháp thích hợp

+ Xử lý bằng CaCl2 0,1%:

Mục đích: Làm mềm cellulose và khử khoáng Ca2+, Mg2+ nhẹ nhàng, bảo vệ keo rong.Tác dụng cố định chất màu trên màng cellulose của cây rong làm dịch nấu trong vàsáng

Phản ứng diễn ra khi xử lý rong qua CaCl2:

CaCl2 +H2O →Ca(OH) 2 +HCl

Ca2+

Acid AlginicƯu

điểm: Đơn giản, không gây ô nhiễm môi trường, dễ thực hiện

Nhược điểm: Qúa trình khử khoáng không mạnh mẽ, tác dụng của nó gần như formol Sửdụng phương pháp này để thay thế formol đồng thời nên kết hợp với phương pháp xử lý acid là rất tốt Vì vừa cố định chất màu và vừa tách khoáng

+ Quá trình nấu tách Alginic

Ca-Alg +MA →Alg-COOM + CaA

Trong đó: MA: Dung dịch Hydroxit hoặc Cacbonat của kiềm hóa trị I; còn HA

là acid tạo thành sau phản ứng.

Alg-COOH: Alginic M: kiềm hóa trị I

A: OH hay CO3, SO3, HPO4

Bản chất:

Có 2 quá trình cơ bản:

+ Chuyển Alginate không tan về dạng Alginate hòa tan

+ Khuyếch tán Alginate hòa tan từ rong ra môi trường chiết

Các yếu tố cần lưu ý để quá trình Alginate đạt hiệu suất và chất lượng cao:

+ Chất kiềm:

Nguyên tắc: có thể sử dụng mọi kim loại kiềm

Có 2 loại kiềm: Kiềm mạnh: KOH, NaOH…Tốc độ phản ứng xảy ra nhanh

Kiềm yếu: Na2CO3, Na2HPO4….Phản ứng diễn ra chậm

Trong thực tế người ta sử dụng dung dịch Na2CO3, Na2HPO4 để nấu:

Trường hợp nấu bằng dung dịch Na2CO3:

2nC5H7O4COOH + nNa2CO3 → 2nC5H7O4COONa + nH2O + nCO2

Alginic (không hòa tan) Alginat Natri (hòa tan)

Trường hợp nấu chiết bằng hỗn hợp Na2CO3 và Na2HPO4:

2nC5H7O4COOH + nNa2CO3 → 2n C5H7O4COONa + nCO2+ nH2O (1)

Alginic (không tan) Alginat Natri (hòa tan) 2n C5H7O4COOH + nNa2HPO4 →2n C5H7O4COONa + nH3PO4

(2)

Hàm lượng và nồng độ kiềm: Vừa đủ để phá vỡ cấu trúc tế bào và chuyển toàn bộ Alginic về dạng Alginate Natri Nồng độ kiềm thích hợp: 20% so với rong khô và 1% so với dung dịch nấu

Nhiệt độ nấu:

Mục đích: Phá vỡ nhanh tế bào cây rong trong thời gian hợp lý, thực hiện nhanh và triệt đểphản ứng giữa Alginic với kiềm tạo Alginate Natri hòa tan, giảm độ nhớt môi trường tạo điều kiện cho quá trình hòa tan Alginate Natri trong dung dịch nấu

Nhiệt độ nấu thích hợp: 60o-70o trong điều kiện dung dịch kiềm 1%, tỷ lệ kiềm

so với rong khô 20%

Thời gian nấu:

Cần đủ để phản ứng Alginic chuyển thành Alginate xảy ra hoàn toàn và đủ để

Alginate Natri hòa tan ra môi trường chiết Thời gian nấu thích hợp: 1,5h-2h (Rong bị nát nhừ)

Môđun thủy áp:

Môđun thủy áp hay là tỷ lệ H2O/rong và kí hiệu: N Nước cần đủ hòa tan Alginatetạo dung dịch có nồng độ thích hợp tạo điều kiện cho các quá trình công nghệ về sau.Theo kinh nghiệm thực tế lượng nước nấu của Sagasum là khoảng 12-16 lần so với trong lượng rong khô và dễ lọc ở nhiệt độ 700C và nồng độ keo rong hợp lí cho các công đoạn về sau

Chế độ khuấy đảo:

Có 2 tác dụng chính: Làm nhiệt độ và nồng độ hóa chất phân bố đều và kích thích cho phản ứng.

Cần khuấy đảo liên tục nhưng với tốc độ vừa phải, vận tốc khuấy thích hợp 10- 25 vòng/phút

+Tách và tinh chế Alginic

Mục đích: làm tăng độ tinh khiết cho sản phẩm

Thành phần hỗn hợp sau khi nấu:

+ Tạp chất cơ học bao gồm: Bã rong ( có kích thước khác nhau), một số chất khoáng không tan

+ Tạp chất hòa tan bao gồm: Chất màu, khoáng hòa tan, một số những thành phần khác bị thủy phân trong quá trình nấu (dung dịch Glucose), Alginic Natri (nếu nấu trong môi trường kiềm Na)

Ưu điểm: Thời gian nhanh, tách trực tiếp được sản phẩm Alginate Natri

Nhược điểm: Giá thành Alginate cao do sử dụng lượng alcol lớn, khó khăn trong sản xuất

Phương pháp acid hóa:

Dùng acid vô cơ bổ xung vào dung dịch lọc để lấy Alginic ra khỏi muối

Alginat Natri, phản ứng của acid vô cơ với Alginat Natri như sau:

Kết quả tạo ra Aginic không tan và nhẹ nên Alginic nổi lên trên bề mặt dung dịch

Phương pháp Canxi hóa:

Nguyên tắc: dùng CaCl2 vào dịch lọc, tạo Alginate-Ca kết tủa theo sơ đồ sau đây:

Phản ứng xảy ra:

2n C5H7O4COONa + nCaCl2 → 2nC5H7O4COOCa + 2n NaCl2n C5H7O4COOCa + n H2SO4 → 2n C5H7O4COOH + CaSO4

2.5 Một số qui định sử dụng Alginate trong thực phẩm:

2.5.1 Hệ thống đánh số quốc tế (International Numbering System - INS)

Là ký hiệu được Ủy ban Codex về thực phẩm xác định cho mỗi chất phụ gia khi xếp chúng vào danh mục các chất phụ gia thực phẩm

2.5.2 Lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận được (Acceptable Daily Intake -

ADI)

Là lượng xác định của mỗi chất phụ gia thực phẩm được cơ thể ăn vào hàngngày thông qua thực phẩm hoặc nước uống mà không gây ảnh hưởng có hại tới sứckhoẻ ADI được tính theo mg/kg trọng lượng cơ thể/ngày

ADI có thể được biểu diễn dưới dạng:

STT Nhóm thực phẩm ML Ghi

chú

có xử lý nhiệt sau lên men 5000

đông lạnh, kể cả nhuyễn thể,giáp xác, da gai

Vai trò: Tạo nên cấu trúc gel ổn định trong phô mai.

đá trong suốt quá trình đông, ức chế hoàn toàn sự tạo thành tinh thể của lactose, nhũ hóa các cầu béo, tạo ra độnhớt cao, tạo ra gel có khả năng giữ nước tốt làm cho kem không bị tan chảy, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn

CHƯƠNG 3 CARRAGEENAN VÀ CẤU TRÚC 3.1 Carrageenan

Carrageenan (INS 407) là polysaccharide được chiết xuất thương mại chủ yếu từ

hai loài trong giống tảo đỏ là kappaphycus alvarezii (‘ Cottonii’) và eucheuma

denticulatum (‘Spinosum’) Carrageenan không bị tiêu hóa trong cơ thể người, không có

giá trị dinh dưỡng, chỉ tác dụng như một chất xơ Tuy nhiên, chúng lại có một số tính chất, chức năng đặc biệt để tạo gel, làm đặc, làm bền các thực phẩm hoặc các hệ thống thực phẩm Các loài tảo đỏ đa dạng cung cấp một loạt các dịch chiết Carrageenan có thành phần và cấu hình khác nhau, dẫn tới việc tạo ra một phổ rộng rãi các tính chất cơ lý,cấu trúc và tính chất gel, mật độ tích điện phân tử, các tương tác với các loại gel thực phẩm khác và protein

Carrageenan đã được biết đến từ rất lâu đời ở các nước phương tây Vào những năm 1842-1862, các nhà khoa học như: Schimdt, Stantord… đã phát hiện ra Carrageenan

có trong một loài tảo đỏ có tên là Chondrus Cripus và loài Irish moss thuộc họ

Rhodophyceae, nhưng những khám phá của họ còn thô sơ, chưa xác định được những tính

chất cũng như đặc điểm của nó

Mãi đến những năm khi chiến tranh thế giới thứ nhất bùng nổ, việc chiết xuất gelatin để phục vụ quân đội trở nên cấp thiết Do đó cần phải có chất thay thế, rất nhiều các nghiên cứu đã được tiến hành để giải đáp cho vần đề này và cuối cùng họ đã tìm đượcmột chất có tính chất giống như gelatin Đó chính là Carrageenan

Tên Carrageenan hay Carrageenan – irish moss là tên của một thị trấn ven biển Irish thuộc Carrageenan

Cùng với sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật cũng như thiết bị hiện đại, ngày nay chúng ta đã khám phá ra những điều hữu ích mà Carrageenan đã mang lại Từ những loài tảo đỏ (Rhodophyceae) người ta đã phát hiện ra nhiều loại Carrageenan khác nhau Các loại này bao gồm: Kappa-Carrageenan, Lamda-Carrageenan, Iota-Carrageenan

3.2 Cấu trúc

Carrageenan tồn tại trong ma trận nội bào và thành tế bào rong biển, là

polysaccharide ưa nước, mạch thẳng, phân tử cao (các loại Carrageenan thương mại có khối lượng phân tử khoảng 200000-800000 Dalton nhưng cũng có thể lên tới 1500000 Dalton Ngoài ra chúng cũng chứa một lượng nhỏ các phân đoạn dưới 100000 Dalton) vớihàm lượng ester-sulfate từ 15% - 40% Chúng bao gồm các đơn vị cơ bản là galactose và 3,6-anhydrogalactose (3,6 AG) với các liên kết α-(1,3) và β-(1,4) glycosidic, cả 2 đơn vị này đều có thể được sulfate hóa hoặc không Sự khác nhau về đặc tính giữa kappa, iota và

lambda carrageenan là số lượng và vị trí nhóm ester sulfate groups cũng như hàm lượng 3,6-AG Sự khác biệt này sẽ ảnh hưởng đến cường độ, cấu trúc, độ hòa tan, nhiệt độ chảy

và nhiệt độ tạo gel, sự tách nước, sự cộng hưởng và các tương tác của Carrageenan với các keo ưa nước và các nguyên liệu khác Sự khác biệt này sẽ được tạo ra và kiểm soát bằng việc chọn lựa loại tảo và điều kiện chế biến, cũng như bằng việc phối trộn các chiết xuất Carrageenan khác nhau Hàm lượng ester sulfate cao đồng nghĩa với nhiệt độ hòa tan thấp và độ chắc gel thấp Kappa carrageenan có hàm lượng ester sulfate khoảng 25% -30% và hàm lượng 3,6-AG khoảng 28% - 35% Iota carrageenan có hàm lượng ester sulfate khoảng 28% - 30% và hàm lượng 3,6-AG khoảng 25% - 30% Lambda

carrageenan có hàm lượng ester sulfate khoảng 32% - 39% và không có 3,6-AG

Kappa-Carrageenan: Là một loại polymer mạch ngắn xen kẽ giữa

D-galactose-4sulphat (Gal S) và 3,6 – Anhydro-D-galactose (GalA) Cấu trúc phân tử Kappa

Carrageenan là một vòng xoắn kép bậc 3

Hình 3.1 Cấu trúc của Kappa carrageenan

Iota-Carrageenan: Cũng giống như Kappa-Carrageenan nhưng gốc

3,6-Anhydrogalactose lại ở vị trí cacbon thứ 2 Iota-Carrageenan là Carrageenan có nhóm

SO42- nhiều nhất trong mạch phân tử, cấu trúc là vòng xoắn kép bậc 2 Gel Iota-

Carrageenan có tính đàn hồi

Hình 3.2 Cấu trúc của Iota carrageenan

Lambda-Carrageenan: Trong mạch phân tử, các đơn vị monomeric được xen kẽ

với nhau: đơn vị D-galactose-2-sulphat (1,3) và D-galactose 2,6-disulphat

Hình 3.3 Cấu trúc của Lambda carrageenan

Các phân đoạn này đều có tính đa phân tán nhưng chúng khác nhau về thành phần ester sulphat và gốc quay quang Lamda-Carrageenan có khối lượng phân tử cao và mạch dài hơn kappa-Carrageenan Thành phần của phân đoạn này cũng phụ thuộc và nhiệt độ chiết và loại nguyên liệu

Ở Kappa-Carrageenan và Iota-Carrageenan các gốc D-galactose có hình thể 4C.1, còn gốc 3,6-Anhydro - D-galactose có hình thể 1C.4 Trong lamda-Carrageenan thì chỉ cóD-galactose có hình thể 4C1 Các Carrageenan khác nhau về mức độ sulphat hoá,

kappaCarrageenan thường được sulphat hoá một phần ở hydroxyl C6 của gốc D-galactose

và ở OH của C2 ở cả hai gốc Trong Iota-Carrageenan thì OH ở vị trí C2 của gốc

Anhydro-galactose luôn luôn được sulphat hoá và chỉ có 10% có gốc galactose được sulphat hoá ở OH của C2 và C6 Còn trong lamda-Carrageenan thì ở một gốc galactose luôn được sulphat hoá ở C2 và C6 và gốc kia chỉ một phần ở vị trí C2

Mạch polysaccharide của các Carrageenan có cấu trúc xoắn kép mỗi vòng của xoắn đơn do 3 gốc disaccharide tạo nên

Ở trong Iota-Carrageenan các gốc Monosaccharide của một xoắn này được phân

bố ở giữa các gốc xoắn thứ hai Vì có sự phân bố tương hỗ của các phân tử vốn đã có cấutrúc bậc 2 nên có thể nói là Carrageenan có cấu trúc bậc 3 Thường cấu trúc bậc 3 như thế được ổn định nhờ các liên kết hydro giữa oxy ở C6 của gốc galactose ở mạch này và của gốc tương tự ở một mạch khác Trong dung dịch các xoắn kép có thể liên hợp với nhau để