BƯỚC ĐẦU THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN (Kappaphycus alvarezii )

Vì vậy việc tìm ra quy trình công nghệ thích hợp để chế biến carrageenan từ rong sụn trồng tại vùng biển Việt Nam là một yêu cầu cấp bách nhằm đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu carra

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA THỦY SẢN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

BƯỚC ĐẦU THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT CARRAGEENAN

TỪ RONG SỤN (Kappaphycus alvarezii )

Sinh viên thực hiện: ĐỖ THANH TÂM Ngành: CHẾ BIẾN THỦY SẢN

Niên khóa: 2006-2010

BƯỚC ĐẦU THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG

Giáo viên hướng dẫn:

Th.S TRƯƠNG QUANG BÌNH

CẢM TẠ

Để có được thành quả như ngày hôm nay, trước hết tôi xin gởi lòng biết ơn sâu sắc đến cha, mẹ đã nuôi dưỡng và chăm lo cho tôi ăn học trong suốt thời gian qua

Tôi xin gởi lời cảm ơn đến:

Ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

Ban chủ nhiệm khoa thủy sản cùng toàn thế quí thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường

Xin cảm ơn thầy Trương Quang Bình đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Thầy cô quản lý phòng thí nghiệm khoa Thủy sản

Các bạn sinh viên lớp chế biến thủy sản 32 đã giúp đỡ tôi trong suốt 4 năm học cũng như trong thời gian thực hiện đề tài

Do hạn chế thời gian cũng như về mặt kiến thức nên cuốn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của thầy cô

và các bạn

TÓM TẮT

Rong sụn được Công Ty TNHH Hàng Xanh thu mua từ các tỉnh ven biển miền Trung Sau đó rong sụn được chuyển về phòng thí nghiệm 305 khoa Thủy Sản trường đại học Nông Lâm TP.HCM để tiến hành thí nghiệm chiết tách carrageenan Quy trình tách chiết dựa trên các tài liệu của các tác giả trong nước và nước ngoài, sau đó các thông số kỹ thuật của từng công đoạn được nghiên cứu và hiệu chỉnh để tìm ra các giá trị tối ưu nhất cho phù hợp với rong sụn trồng tại Việt Nam Tiến hành bố trí thí nghiệm xác định nồng độ NaOH, lượng NaOH và thời gian xử lý NaOH Nhiệt độ nấu

và thời gian nấu, lượng KCl bổ sung vào dung dịch lọc, nhiệt độ sấy

MỤC LỤC

ĐỀ MỤC Trang

TRANG TỰA i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ix

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ x

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu đề tài 1

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Giới thiệu về rong sụn 3

2.1.1 Phân loại 3

2.1.2 Đặc điểm sinh học 4

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của cây rong sụn 5

2.1.4 Khả năng phát triển trong sụn tại Việt Nam 6

2.1.5 Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng 7

2.1.5.1 Thành phần hoá học 7

2.1.5.2 Giá trị dinh dưỡng của rong sụn 10

2.2 Tổng quan về carrageenan 11

2.2.1 Lịch sử phát hiện ra Carrageenan 11

2.2.2 Cấu tạo của carrageenan 11

2.2.3 Tính chất của carrageenan 13

2.2.4 Ứng dụng 16

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

3.1 Thời gian và địa điểm 19

3.2 Vật liệu khảo sát 19

3.4 Phương pháp nghiên cứu 19

3.4.1 Công đoạn chuẩn bị .21

3.4.2 Bố trí thí nghiệm 21

3.4.2.1 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaOH sử dụng để chiết rút carrageenan 21

3.4.2.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng NaOH sử dụng để chiết rút carrageenan 21

3.4.2.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý NaOH lên chất lượng carrageenan 22

3.4.2.4 Thí nghiệm khảo sát thời gian nấu chiết lên chất lượng của carrageenan 22

3.4.2.5 Thí nghiệm khảo sát tỉ lệ nước nấu chiết lên chất lượng của carrageenan 22

3.4.2.6 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ KCl lên chất lượng carrageenan 22

3.4.3 Ghi nhận thời gian sấy và kết quả thành phẩm sấy ở 50OC 23

3.4.4 Cách xác định một số chỉ tiêu 23

3.4.4.1 Xác định hiệu suất chiết rút 23

3.4.4.2 Xác định độ ẩm sản phẩm 23

3.4.4.3 Xác định sức đông của carrageenan thu được 24

3.4.4.4 Xác định độ nhớt carrageenan thu được 24

3.4.5 Phương pháp xử lý số liệu 25

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

4.1 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaOH sử dụng để chiết rút carrageenan .26

4.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng NaOH sử dụng để chiết rút carrageenan .27

4.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý NaOH lên chất lượng carrageenan 28

4.4 Thí nghiệm khảo sát thời gian nấu chiết lên chất lượng của carrageenan 30

4.5 Thí nghiệm khảo sát tỉ lệ nấu chiết lên chất lượng của carrageenan 31

4.8 Giá thành sản phẩm 34

4.9 Quy trình sản xuất 35

4.9.1 Rửa sạch ngâm trong nước 36

4.9.2 Xử lý kiềm, rửa trung hòa và nấu chiết 36

4.9.3 Lọc và bổ sung KCl 36

4.9.4 Cô đặc, sấy, xay nghiền 36

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 37

5.1 Kết luận 37

5.2 Đề nghị 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Trang

Hình 2.1 Cấu tạo carrageenan -7

Hình 2.2 Tác động của môi trường kiềm lên cấu tạo của carrageenan - 14

Hình 2.3 Các hình thức liên kết giữa carrageenan và protein - 15

Hình 2.4 Quá trình tạo gel đông thuận nghịch của carrageenan - 16

Hình 3.1 Máy đo cấu trúc TA_XT2i (Anh) - 24

Hình 4.1 Khả năng tạo gel của Kappa-carrageenan khi có mặt ion K+ - 33

Hình 4.2 Sản phẩm carrageenan - 33

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của rong sụn -7

Bảng 2.2 Thành phần các hợp chất hữu cơ trong rong sụn (g/100g khô) -7

Bảng 2.3 Sự thay đổi hàm lượng protein theo tháng trong năm -8

Bảng 2.4 Hàm lượng acid amin trong rong sụn -9

Bảng 2.5 Hàm lượng nguyên tố khoáng đa lượng và vi lượng trong rong sụn 10

Bảng 4.1 Kết quả sức đông carrageenan ở các nồng độ NaOH khác nhau 26

Bảng 4.2 Kết quả ảnh hưởng của lượng NaOH 6% sử dụng lên sức đông carrageenan - 27

Bảng 4.3 Kết quả sức đông carrageenan ở các thời gian xử lý kiềm khác nhau - 29

Bảng 4.4 Kết quả sức đông carrageenan ở các thời gian nấu chiết khác nhau - 30

Bảng 4.5 Kết quả sức đông carrageenan ở các tỉ lệ nấu chiết khác nhau - 31

Bảng 4.7 Giá nguyên vật liệu sử dụng - 34

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ

Trang

Biểu đồ 2.1 Tỉ lệ sử dụng carrageenan trong các sản phẩm khác nhau - 18

Biểu đồ 4.1 Kết quả độ nhớt carrageenan ở các nồng độ NaOH khác nhau - 27 Biểu đồ 4.2 Kết quả độ nhớt carrageenan thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng

của lượng NaOH 6% - 28 Biểu đồ 4.3 Kết quả độ nhớt carrageenan ở các thời gian xử lý kiềm

khác nhau - 29 Biểu đồ 4.4 Kết quả độ nhớt carrageenan ở các thời gian nấu chiết

khác nhau - 30 Biểu đồ 4.5 Kết quả độ nhớt carrageenan ở các tỉ lệ nước nấu chiết

khác nhau - 32 Biểu đồ 4.6 Kết quả sức đông carrageenan ở thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng

biến như những món ăn thông thường nên hiệu quả kinh tế chưa cao Vì vậy việc tìm

ra quy trình công nghệ thích hợp để chế biến carrageenan từ rong sụn trồng tại vùng biển Việt Nam là một yêu cầu cấp bách nhằm đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu carrageenan trong nước và xuất khẩu, tăng thu nhập cho người dân trồng rong sụn, đảm bảo ổn định nghề trồng rong sụn nước ta

Được sự cho phép của khoa Thủy Sản trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM, sự giúp đỡ của Công Ty TNHH Hàng Xanh và sự hướng dẫn của thầy Trương Quang Bình, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Bước đầu thử nghiệm sản xuất carrageenan

từ rong sụn (Kappaphycus alvarezii)”

ƒ Bố trí thí nghiệm xác định lượng NaOH dùng để ngâm rong

ƒ Bố trí thí nghiệm xác định thời gian xử lý NaOH

ƒ Bố trí thí nghiệm xác định lượng nước nấu chiết

ƒ Bố trí thí nghiệm xác định thời gian nấu chiết

ƒ Bố trí thí nghiệm xác định nồng độ KCl bổ sung vào dung dịch lọc

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu về rong sụn

Giống: Kappaphycus alvarezii

Loài rong đỏ Kappaphycus alvarezii (Doty), được đặt tên Việt Nam là rong sụn,

là một loài rong biển nhiệt đới phân bố tự nhiên ở một số nước Châu Á, đặc biệt là Philippines và Indonesia Đây là nguồn rong biển có giá trị kinh tế quan trọng trong chiết suất kappa-carrageenan, chiếm 80% lượng rong biển xuất khẩu và là một trong 3 mặt hàng hải sản xuất khẩu hàng đầu của Philippines

Rong sụn có giá trị kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi và đa dạng trong đời sống con người, nhu cầu rong sụn trên thế giới đạt mức tăng trưởng bình quân 5%/năm Ngoài khả năng chiết xuất carrageenan với độ ổn định cao và sức đông lớn phục vụ cho các ngành công nghiệp, rong sụn còn có thể dùng làm thực phẩm giàu dinh dưỡng với nhiều khoáng vi lượng, là thức ăn tốt cho gia súc, phân bón cho cây trồng

Cho đến nay, mặc dù rong sụn vẫn chưa được xác định có phân bố tự nhiên ở vùng biển Việt Nam, nhưng điều kiện tự nhiên môi trường biển nước ta, đặc biệt là vùng biển phía nam, hoàn toàn thích hợp cho rong sụn sinh trưởng cũng như phát triển trồng trên qui mô công nghiệp Rong sụn trồng ở Việt Nam cho sản phẩm đạt yêu cầu với hàm lượng carrageenan cao và sức đông lớn như ở Philippines và Indonesia: sản phẩm tiềm năng với nhiều hứa hẹn do kích thước lớn, sinh trưởng nhanh, điều kiện

môi trường phù hợp: sản xuất dễ bằng nguồn giống dinh dưỡng, vốn đầu tư thấp và tiêu thụ thuận lợi với giá cao ổn định nhờ xuất khẩu

2.1.2 Đặc điểm sinh học

Rong sụn có thân dạng trụ tròn Đường kính thân chính có thể đạt tới 20 mm

Từ trọng lượng 100g ban đầu sau một năm rong sụn có thể tăng trưởng thành bụi rong, nặng 14 - 16 kg Rong sụn chia nhánh rậm rạp, kiểu tự do không theo quy luật, thể chất trơn nhớt keo sụn, có màu nâu xanh, thân giòn dễ gãy, khi khô thành sợi cứng như sừng

Theo Luxton (1999), rong sụn Kappaphyeus alvarezii trong điều kiện tự nhiên

ở biển thường sống bám vào các vật bám cứng, tồn tại ở ba dạng cây: cây giao tử đực (tetrasporophyte) đồng nhất về mặt hình dạng và hình thái (nghĩa là không phân biệt hình dạng khi chưa hình thành cơ quan sinh sản) Theo Azanza và Aliaza (1999), trong

tự nhiên rong sụn sinh sản theo các kiểu sau:

ƒ Sinh sản vô tính bằng đoạn thân, nhánh (từ một thân, nhánh dù là ở dạng cây giao tử đực, giao tử cái hay cây bào tử bị đứt gãy hay tách ra có thể sinh trưởng và phát triển thành cây mới)

ƒ Sinh sản sinh dưỡng

ƒ Sinh sản vô tính bằng bào tử (ở cây bào tử bốn)

ƒ Sinh sản hữu tính bằng sự kết hợp giữa tinh tử của cây giao tử đực với trứng của cây giao tử cái qua quá trình kết hợp, phát triển phóng thích, bám, sinh trưởng để trở thành các cây bào tử mới, từ cây bào tử qua quá trình sinh sản bằng bào tử sẽ cho ra các cây giao tử đực và giao tử cái

Cho đến nay việc trồng rong sụn vẫn dựa vào hình thức sinh sản dinh dưỡng ở điều kiện không bám của rong sụn (Mairh và ctv, 1955: Munoz và ctv,2004) Giống rong sụn để trồng là các đoạn thân trong nhánh của cây rong sụn, được cố định bằng cách buộc, treo vào các hệ thống trồng bằng dây hay giàn Vì vậy trong nuôi trồng cây rong sụn, về bản chất có thể là cây giao tử đực, giao tử cái hay cây bào tử bốn

(Theo Nguyễn Nguyên Chiến, 2006)

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của cây rong sụn

™ Độ mặn

Rong sụn là loài rong ưa mặn chỉ sinh trưởng và phát triển tốt ở vùng nước có

độ mặn cao (28 -320/00), ở độ mặn thấp (18-200/00) rong sụn chì có thể tồn tại trong thời gian ngắn (5-7 ngày) và nếu kéo dài nhiều ngày rong sẽ ngừng phát triển và dẫn đến tàn lụi

™ Dòng chảy và lưu thông

Rong sụn phát triển ở dòng nước thường xuyên trao đổi và luân chuyển (tạo ra

do dòng chảy, dòng triều hay sóng bề mặt) Đây là yếu tố cực kì quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng, phát triển cũng như chất lượng rong sụn

™ Nhiệt độ

Nhiệt độ thích hợp nhất để rong sụn sinh trưởng và phát triển là 25-28ºC Nhiệt

độ lớn hơn 30ºC và thấp hơn 20ºC sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng của rong, nếu nhiệt

độ thấp hơn 15ºC thì rong sụn sẽ ngừng phát triển

™ Cường độ ánh sáng

Thích hợp nhất là 30.000-50.000 lux, ánh sáng cao quá hay thấp quá sẽ ảnh hưởng sự sinh trưởng và phát triển của rong sụn

™ Nhu cầu dinh dưỡng

Trong điều kiện nhiệt độ không quá cao, nước được trao đổi thường xuyên thì rong sụn không đòi hỏi nhiều về các chất dinh dưỡng vì các chất dinh dưỡng có sẵn trong nước biển đủ cung cấp cho rong sụn phát triển Chỉ trong điều kiện nước tĩnh, ít được trao đổi hay nhiệt độ nước cao (mùa nắng nóng, trong các thủy vực nước yên tĩnh như: ao, đìa nhân tạo ) rong sụn đòi hỏi dinh dưỡng (các muối amon, photphat) cao hơn cho sinh trưởng Nhìn chung ở các vùng có hàm lượng các muối dinh dưỡng (amon, nitrat, photphat) cao, tốc độ sinh trưởng của rong sụn cao và có thể giúp cây rong sụn phát triển bình thường trong các điều kiện không thuận lợi (nhiệt độ cao, nồng độ muối thấp, nước ít lưu chuyển )

2.1.4 Khả năng phát triển rong sụn tại Việt Nam

Theo Huỳnh Quang Năng (2003), rong sụn có nguồn gốc từ Philippine được nhập vào Việt Nam từ tháng 1 năm 1993 với số lượng ban đầu là 1kg Việc nhân giống rong sụn được tiến hành đầu tiên tại vùng biển Nha Trang Sau 4 tháng đã có được một lượng giống trên 200 kg để triển khai các nghiên cứu tiếp theo

Từ tháng 10 năm 1993 bắt đầu thử nghiệm và phổ biến kỹ thuật để phát triển trồng rong sụn (kết hợp với trung tâm khuyến ngư Ninh thuận để chuyển giao đến từng

hộ dân) ở Lagoon Sơn Hải, xã Phước Dinh, huyện Ninh Phước Và kể từ năm 1995, rong sụn đã được khoảng 200 hộ dân ở Ninh Thuận trồng cung cấp giống cho các vùng trồng ở các địa phương khác cũng như tiêu thụ trên thị trường trong nước, mang lại hiệu quả kinh tế cũng như tăng thu nhập đáng kể cho người trồng Năm 1995 đã triển khai thử nghiệm mô hình trồng rong sụn ven biển Khánh Hòa (vịnh Cam Ranh, vịnh Nha Trang), Phú Yên (Sông Cầu), Quy Nhơn (bán đảo Phương Mai), Bà Rịa Vũng Tàu (Phước Cơ) Năm 2000 bắt đầu thử nghiệm trồng rong sụn ở đảo Phú Quốc (Kiên Giang) và đảo Phú Quý (Bình Thuận)…Tất cả các thử nghiệm trên đều khẳng định vùng biển các tỉnh Nam Trung Bộ và Nam Bộ có thể phát triển trồng rong sụn trên quy mô và

mô hình sản xuất khác nhau Hiện nay khi nhu cầu về rong sụn ở thị trường trong nước

và trên thế giới cao Nhu cầu thu mua rong sụn của công ty rong biển Việt Nam là 1.500 tấn/tháng nhưng thực tế 3 tỉnh Ninh Thuận, Khánh Hoà và Phú Yên) chỉ mới đáp ứng 1.500tấn/năm vì vậy trung tâm khuyến ngư các tỉnh trên đang khuyến khích đầu tư để

mở rộng diện tích trồng rong sụn tạo công ăn việc làm và hướng phát triển mới cho nghành sản xuất và chế biến rong sụn

Nghề trồng rong sụn đã và đang từng bước phát triển mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể cho người trồng Rong sụn đã được xác định là đối tượng tạo công ăn việc làm, tăng thu nhập là một trong những biện pháp hữu hiệu xoá đói giảm nghèo cho các dân

cư ở vùng ven biển Đến nay nghề trồng Rong Sụn đã thu hút và tạo công ăn việc làm cho trên 4000 hộ dân với diện tích trồng là 400 ha diện tích mặt nước ở trong các vùng đầm bãi, vùng bãi ngang ven biển, ao, đìa nuôi tôm Sản lượng rong sụn hàng năm là khoảng trên 300 tấn rong khô cung cấp cho thị trường trong nước và xuất khẩu

2.1.5 Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng rong sụn

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của rong sụn

Tên thành phần hoá học Hàm lượng (%)

Mannoza ở trạng thái kết hợp với acid glucerit và natri tạo hợp chất mannozidoglyxeratnatri là disaccarit chiếm tỷ lệ là 15%

+ Polysaccarit

Carrageenan là polysaccarit quan trọng nhất có trong rong sụn Nó là một hỗn hợp phức tạp của ít nhất 5 loại polyme: Carrageenan cấu tạo từ các gốc D-galactoza và 3,6 – anhydro D-galactoza Các gốc này liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 và 1,3 luân phiên nhau Các gốc D-galactoza được sunfate hoá với tỷ lệ cao Các loại carrageenan khác nhau được phân biệt dựa trên mức độ sulfate hoá

Hình 2.1 Cấu tạo carrageenan

™ Protein

Hàm lượng protein trong rong sụn tươi dao động trong khoảng 5-22% (theo viện hải dương học Nha Trang) Hàm lượng protein của rong sụn dao động với biên độ khá lớn phụ thuộc giai đoạn sinh trưởng, vị trí địa lý và môi trường sống

Theo nghiên cứu hàm lượng protein tăng dần theo thời gian sinh trưởng và đạt giá trị cực đại ở giai đoạn sinh sản

Bảng 2.3 Sự thay đổi hàm lượng protein theo tháng trong năm

Bảng 2.4 Hàm lượng acid amin trong rong sụn

Acid amin không

thay thế

Hàm lượng (%)

Acid amin thay thế

Hàm lượng (%)

Methionin 0,07 Glutamine 0,28 Phenylalanin 0,23 Glycin 0,13

Trong rong sụn có chứa một số sắc tố như sắc tố vàng, sắc tố xanh lam, diệp lục

tố (chlorofil) Sắc tố của rong sụn kém bền hơn sắc tố của các loại rong khác, vì vậy loài rong này có thể được tẩy màu bằng phương pháp tự nhiên là phơi nắng

™ Chất khoáng

Hàm lượng chất khoáng trung bình trong rong sụn khoảng 20% trọng lượng khô thành phần chủ yếu của chất khoáng trong rong sụn là: Ca, K, S và các nguyên tố khác như: Mg, Al, Ba, Sn, Fe, Si …nồng độ iod trong rong sụn nhỏ hơn nhiều so với rong nâu

Bảng 2.5 Hàm lượng các nguyên tố khoáng đa lượng và vi lượng trong rong sụn

(Huỳnh Quang Năng, 2003)

Hàm lượng khoáng phụ thuộc vào điều kiện sống, giai đoạn sinh trưởng rong

sống trong đầm thường có hàm lượng khoáng thấp hơn rong trồng trên biển vì trong

nước biển hàm lượng các chất khoáng nhiều hơn nước trong đầm

™ Enzyme

Trong rong sụn có thể chiết tách được enzim protease phân giải protein Dựa vào

sự hoạt động cuả protease trong cây rong sụn trên nhiều cơ chất khác nhau người ta xếp

nó vào nhóm enzime papain hay cathepsin

Ngoài ra trong rong sụn còn chứa enzyme thuỷ phân glucit gồm hai loại men oxidase:

ƒ Một loại chuyển hoá đường đơn thành acid tương ứng như: glucoza thành gluconic

ƒ Loại 2 chuyển hoá đường thành ôzôn

2.1.5.2 Giá trị dinh dưỡng của rong sụn

Trong rong sụn chứa hàm lượng chất khoáng rất phong phú, thực tế khoa học đã

chứng minh rằng rong biển đã hấp thụ từ nước biển hơn 90 loại chất khoáng với hàm

lượng muối thấp và canxi cao chính vì lẽ đó mà rong biển là thực phẩm được ưu tiên hàng đầu đối với những người bị cao huyết áp

2.2 Tổng quan về carrageenan

2.2.1 Lịch sử phát hiện ra carrageenan

Carrageenan là một chất được chiết xuất từ rong biển Tên gọi đầu tiên của

carrageenan là carrageenin, được chiết xuất từ rong Irish moss (Loài rong đỏ Chondrus

crispus)

Vào những năm 30 của thế kỷ XX, quá trình tách chiết carrageenan nguyên chất

đã được tiến hành ở Mĩ Nó được sử dụng trong công nghiệp bia và hồ sợi Cũng trong thời kỳ này những khám phá về cấu trúc hóa học của carrageenan được tiến hành mạnh

mẽ

Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, do sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm nên nhu cầu về carrageenan trên thế giới đã bắt đầu tăng lên

Sau này, carrageenan được chiết xuất từ một số loài rong khác như Gigartina

stelata thuộc chi rong Gigartina Nhiều loài rong khác cũng được nghiên cứu trong

việc chiết tách carrageenan để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Ngày nay, sản xuất công nghiệp carrageenan không còn giới hạn vào chiết tách

từ Irish moss, mà rất nhiều loài rong đỏ thuộc ngành Rhodophyta đã được sử dụng Những loài này gọi chung là Carrageenophyte Qua nhiều nghiên cứu, đã có hàng chục loài rong biển được khai thác tự nhiên hay nuôi trồng để sản xuất carrageenan Đồng thời, công nghiệp sản suất carrageenan không chỉ phát triển mạnh ở các nước Mĩ và Tây Âu mà cũng đã phát triển mạnh ở các quốc gia Châu Á Trong đó phải kể đến Trung Quốc, Nhật Bản, Philippine Ở Việt Nam cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về sản xuất carrageenan với hiệu suất thu hồi cao, khí hậu cũng thích hợp cho việc phát triển cây rong làm nguồn nguyên liệu để sản xuất carageenan

2.2.2 Cấu tạo của carrageenan

Carrageenan là một polysaccarit mạch thẳng của galactose–galactan, với liên kết luân phiên của β-D-galactose và 3-6 anhydro-galactose qua liên kết 1,4 Ngoài mạch polysaccharide chính còn có thể có các nhóm sulfat được gắn vào carrageenan ở những vị trí và số lượng khác nhau và có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tạo gel của

trúc nhất định mà là các galactan sulfat Tuỳ thuộc vào mức độ sunfat hóa, vị trí sunfat

mà carrageenan được chia thành các loại khác nhau và có ký hiệu riêng như: mu- (μ-), nu- (ν−), lamda- (λ–) , kappa (κ –), iota-(ι –), theta- (θ-), và xi_carrageenan

Carrageenan tự nhiên trong các loại rong khác nhau có thể xem là hỗn hợp của nhiều loại carrageenan nói trên Các chuyên gia đã chia carrageenan thành hai nhóm chính Nhóm 1 chứa các loại mu, nu, kappa, iota và các dẫn xuất của chúng Các carrageenan này có khả năng tạo gel với kali hoặc có thể được xử lí kiềm có tính chất tạo gel, chúng có đặc điểm là gốc đường có liên kết 3-6 anhydro hoặc là không có nhóm sunfat hoặc là chỉ sulfat hóa ở vị trí C4. Nhóm 2 gồm các loại lamda, xi, theta và các dẫn xuất của chúng Chúng không có khả năng tạo gel ngay cả trước và sau khi xử

lí kiềm Đặc trưng cấu trúc của chúng là cả hai gốc đường liên kết 1,3 và liên kết 1,4 thông thường đều có nhóm sunfat ở vị trí C2

Hợp phần cấu tạo của carrageenan gồm các D-galactose (17 – 31%) và

L-galactose chiếm một lượng nhỏ Ngoài ra thành phần của carrageenan còn có chứa

SO42-, Ca++, và 3,6 anhydro D-galactose Dạng tồn tại trong tế bào rong đỏ của carrageenan luôn được gắn với Ca++, K+, Na+ như:

R = (OSO3)2Ca, hoặc R-OSO3Na, R-OSO3K (R là gốc carbohydrate polysaccharide)

Nhìn chung, carrageenan tạo thành chủ yếu nhờ các mạch poly D-galactose và 3,6 anhydro galalactose bị sunfat hóa có phân tử lượng từ 500 đến 700 đvC

Carrageenan có cấu trúc gần giống với agar, nhưng khác ở chỗ các gốc galactose được sunfat hóa với tỉ lệ cao, hai monomer của phân tử carrageenan đều là α-D- galactose và β-D-galactose (nghĩa là khác với agar ở điểm không có cầu 3,6 anhydro) Chính vì vậy mà λ-carrageenan gần như không có tính kị nước do dó khả năng tạo nhũ rất tốt, được sử dụng rộng trong ngành mỹ phẩm Kappa-carrageenan có

D-có cầu anhydro tại α-D-galactose nhưng lại có một gốc sunfat tại vị trí C4 của galactose Bởi vậy kappa-carrageenan thường chứa nhiều sunfat hơn agar và quá trình tạo gel không diễn ra tự nhiên mà phải nhờ đến sự giúp đỡ của các ion K hoặc Ca, nhưng khi đó sức đông của carrageenan có thể đạt trên 100g/cm2 Iota-carrageenan gần

β-D-môi trường kiềm, carrageenan có thể bị thay đổi cấu trúc hóa học Nhóm -OSO3 bị khử dần hình thành các liên kết anhydro, tuỳ thuộc vào mức độ khử -OSO3 sẽ tạo nên cấu trúc khác nhau và cho ra các loại carrageenan khác nhau

độ tan trung bình, muối natri của κ –carrageenan tan trong nước lạnh nhưng muối kali của κ –carrageenan chỉ tan trong nước nóng

Hình 2.2 Tác động của môi trường kiềm lên cấu tạo của carrageenan

™ Độ nhớt

Độ nhớt của các dung dịch carrageenan phụ thuộc vào nhiệt độ, dạng, trọng lượng phân tử và sự hiện diện của các ion khác trong dung dịch Khi nhiệt độ và lực ion của dung dịch tăng thì độ nhớt của dung dịch giảm Các carrageenan tạo thành dung dịch có độ nhớt từ 25 – 500 Mpa, riêng κ –carrageenan có thể tạo dung dịch có

độ nhớt tới 2000 Mpa

Sự liên quan tỷ lệ thuận giữa độ nhớt và trọng lượng phân tử của carrageenan có

[η] = K(Mw)αTrong đó:

η: độ nhớt

Mw: trọng lượng phân tử trung bình

K và α: hằng số phụ thuộc vào dạng của carrageenan và dung môi hòa tan

™ Tương tác giữa carrageenan với protein

Đây là một trong những tính chất quan trọng của carrageenan và cũng là đặc trưng cho tất cả các chất tạo gel cũng như các chất không tạo gel là tạo liên kết với protein Do carrageenan mang điện tích âm của các nhóm sulfat nên có khả năng liên kết với các gốc amin mang điện tích dương của protein khi pH nằm dưới điểm đẳng điện, và có tính quyết định đến độ bền cơ học của gel Trong công nghiệp sữa, nhờ vào tính chất liên kết với các protein trong sữa mà carrageenan được sử dụng (với nồng độ 0,015 – 0,025 %) làm tác nhân để ngăn chặn sự tách lỏng và làm ổn định các hạt cacao trong sữa chocolate Carrageenan tương tác với pepsin và ức chế tác dụng của nó Có hai hình thức liên kết giữa carrageenan và protein (hình 2.4) Khả năng tương tác với protein, so với Agar và alginate thì carrageenan có tương tác cao hơn hẳn

Hình 2.3 Các hình thức liên kết giữa carrageenan và protein

™ Tạo gel

Carrageenan có một tính chất vô cùng quan trọng là tạo gel ở nồng độ thấp (nhỏ

pH> pI

chắc, bên trong có thể chứa nhiều phân tử nước (hay dung môi) Từ dạng dung dịch chuyển sang dạng gel là do tương tác giữa các phân tử polymer hòa tan với nhau đồng thời tạo thành mạng chứa các phân tử dung môi ở bên trong, nhờ tương tác này mà gel tạo thành có độ bền cơ học cao

Sự hình thành gel có thể gây ra bởi nhiệt độ thấp, các cation với một nồng độ nhất định Quá trình hình thành gel diễn ra phức tạp, được thực hiện theo hai bước:

Bước 1: Khi hạ nhiệt độ đến một giới hạn nào đó, mức độ phân tán trong dung dịch giảm, nội lực ma sát tăng, độ nhớt tăng, giữa các phân tử carrageenan có sự hình thành liên kết ngang (liên kết hydro giữa nhóm OH- của carrageenan và nước) Các phân tử carrageenan có sự chuyển cấu hình từ dạng cuộn ngẫu nhiên không có trật tự sang dạng xoắn có trật tự Nhiệt độ của quá trình chuyển đổi này phụ thuộc vào dạng

và cấu trúc các carrageenan, cũng như phụ thuộc vào dạng và nồng độ của muối thêm vào dung dịch carrageenan Do đó, mỗi một dạng carrageenan có một điểm nhiệt độ tạo gel riêng

Bước 2: Gel của các polymer xoắn có thể thực hiện ở các cấp độ xoắn Trong trường hợp đầu, sự phân tách và kết hợp lại sẽ xuất hiện cấp độ xoắn thông qua sự hình thành không đầy đủ của xoắn kép, theo hướng đó mỗi chuỗi tham gia vào xoắn kép với hơn một chuỗi khác Trong trường hợp thứ hai, các phần đã phát triển đầy đủ của đa xoắn tụ hợp lại tạo thành gel Còn dưới các điều kiện không tạo gel, ở các nồng

độ polymer thấp sự hình thành và hợp lại của các xoắn sẽ dẫn đến tăng độ nhớt

Qua đó, có thể mô tả cơ chế tạo gel như sau: trước hết là xuất hiện sự chuyển đổi cấu hình từ dạng cuộn sang xoắn lò xo, tiếp sau là sự kết hợp các xoắn và tụ hợp lại có trật tự tạo thành xoắn kép – gel Như vậy, gel là tập hợp các xoắn có trật tự hay còn gọi là xoắn kép

Tổ chức FDA của Mỹ đã xếp carrageenan vào danh mục các chất an toàn đối với các sản phẩm thực phẩm Tính phổ biến của carrageenan được thể hiện ở 4 đặc điểm sau:

ƒ Tham gia như một chất tạo đông đối với một số sản phẩm như: kem, sữa,

™ Trong thực phẩm

Carrageenan đóng vai trò là chất phụ gia trong thực phẩm để tạo đông tụ, tạo

tính mềm dẻo, đồng nhất cho sản phẩm và cho điểm nóng chảy thấp

Carrgeenan được dùng trong các món ăn trong thực phẩm: các món thạch, hạnh nhân, nước uống…

Carrageenan được bổ sung vào bia, rượu, dấm làm tăng độ trong

Trong sản xuất bánh mì, bánh bicquy, bánh bông lan…carrageenan tạo cho sản phẩm có cấu trúc mềm xốp

Trong công nghệ sản xuất chocolate: bổ sung carrageenan vào để làm tăng độ đồng nhất, độ đặc nhất định

Trong sản xuất kẹo: làm tăng độ chắc, độ đặc cho sản phẩm

Trong sản xuất phomat, sản xuất các loại mứt đông, mứt dẻo

Ngoài ra, carrageenan được ứng dụng tạo lớp màng cho sản phẩm đông lạnh, làm giảm hao hụt về trọng lượng và bay hơi nước, tránh sự mất nước của thịt gia cầm khi bảo quản đông lạnh…Trong bảo quản đóng hộp các sản phẩm thịt, bổ sung vào surimi và giò chả

Carrageenan đặc biệt ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp sữa với trên 50% tổng lượng carrageenan được sử dụng Carrageenan giúp cho các sản phẩm sữa

có độ ổn định khá cao, không cần dùng đến tinh bột hoặc lòng trắng trứng

™ Trong y dược và dược phẩm

Dùng để sản xuất các loại dược phẩm quan trọng Carrageenan là chất nhũ hóa trong ngành dược phẩm để sản xuất các loại sản phẩm như: các loại thuốc dạng nhờn, nhũ tương để thoa lên các vết thương làm vết thương mau lành, làm màng bao cho thuốc

Trong dược phẩm, carrageenan được ứng dụng trong việc điều chế thuốc loét dạ dày và đường ruột Khi thành dạ dày bị loét, men pepsin sẽ tấn công protein tại chỗ loét nhưng khi có mặt của cargeenan thì nó tương tác với pepsin và làm ức chế tác dụng của pepsin

Thịt và gia cầm, 30.39%

Bơ sữa, 43.14%

Nước dạng gel, 14.71%

Kem đánh răng, 7.84%

Các sản phẩm khác, 3.29%

Biểu đồ 2.1 Tỉ lệ sử dụng carrageenan trong các sản phẩm khác nhau

Chương 3

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian và địa điểm

Đề tài “Bước đầu thử nghiệm sản xuất carrageenan từ rong sụn (Kappaphycus

alvarezii)” được thực hiện từ ngày 20/4/2010 đến ngày 31/8/2010

Địa điểm: khoa Thủy Sản và khoa Công Nghệ Hóa Học trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM

Quy trình chiết xuất carrageenan sử dụng hóa chất: NaOH, HCl, KCl

3.4 Phương pháp nghiên cứu