PHỤ GIA THỰC PHẨM GELATIN

1 Tổng quan 1 2 Định nghĩa 1 3 Phân loại gelatin 1 3.1 Dựa theo nguồn gốc nguyên liệu 2 3.2 Dựa theo cấu trúc phân tử 2 3.3 Dựa theo phương thức sản xuất 3 3.4 Dựa vào hình dáng bên ngoài 3 4 Cấu tạo 4  Thành phần 5 5 Tính chất 7 5.1 Khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử 7 5.2 Điểm đẳng điện 8 5.3 Khả năng hòa tan trong nước 8 6 Khả năng tạo gel 8 6.1 Gelatin trong nước 10 6.2 Gelatin tan trong dung dịch 12 7 Ứng dụng 17 7.1 Gelatin trong công nghiệp thực phẩm 17 7.2 Ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo 17 7.3 Ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa 26 7.4 Cách thức sử dụng gelatin trong quá trình sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa 27 7.4.1 Một số lĩnh vực có ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa 28 7.5 Ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất đồ uống 31 7.6 Ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất thịt 34 7.7 Ứng dụng gelatin trong sản xuất các sản phẩm thực phẩm chức năng 35 7.8 Qui trình điển hình : qui trình sản xuất yogurt ca cao 39 8 Nguồn khai thác và phương pháp sản xuất 41 8.1 Nguồn khai thác 41 8.2 Phương pháp sản xuất 41 8.2.1 Quy trình sản xuất gelatin từ FDA 41 8.2.2 Phương pháp sản xuất gelatin từ “GMIA Hand Book” 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 1 Tổng quan Gelatin là sản phẩm thu được từ collagen. Sản phẩm gelatin thương mại đầu tiên xuất hiện ở Hà Lan vào khoảng năm 1685, sau đó xuất hiện ở Anh vào khoảng năm 1700. Cuối thế kỷ 19, ngành công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện, làm tăng thêm ứng dụng và ổn định tính chất sản phẩm. Năm 1850, công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện tại Mỹ. nguồn nguyên liệu chính lúc này là da chưa thuộc và xương. Đến năm 1930, ngành sản xuất này phát triển mạnh mẽ khi da heo được xem như một nguồn nguyên liệu. Trong công nghiệp thực phẩm, gelatin là một trong những loại keo ưa nước hoặc hợp chất cao phân tử tan được trong nước có thể sử dụng như tác nhân tạo gel, tạo độ đặc hoặc tác nhân ổn định cấu trúc. Gelatin khác với các loại keo khác ở chỗ trong khi hầu hết các loại keo khác là polisaccharide (như carrageenan, pectin, agar, …) thì gelatin lại là một loại protein chứa tất cả các acid amin thiết yếu ngoại trừ trytophane. Hiện nay, lượng gelatin được sản xuất hàng năm trên thế giới ước tính khoảng 2000 tấn và lượng gelatin sử dụng trong thực phẩm mỗi năm tăng khoảng 3%, chủ yếu trong sản xuất bánh kẹo và thực phẩm năng lượng thấp. 2 Định nghĩa Gelatin là polipeptit cao phân tử thu nhận từ collagen – thành phần protein chủ yếu của mô liên kết động vật, bao gồm xương, da và gân. Tên “gelatin” được sử dụng phổ biến từ khoảng năm 1700 có nguồn gốc từ chữ Latin “gelatus”, có nghĩa là màng hay chất làm đông. Thuật ngữ gelatin mặc dù đôi khi được dùng để đề cập các tác nhân tạo gel nói chung nhưng lại dùng để nói riêng đến vật liệu protein tạo từ collagen đã bị thoái hóa do nhiệt. Hiện nay, có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gelatin:  Theo dược điển của Mỹ (American PharmacopoeiaUSP 29NF 24, 2006): gelatin là sản phẩm thu được bởi sự thủy phân một phần collagen có nguồn gốc từ da, mô liên kết hoặc xương của động vật.  Theo dược điển châu Âu (European Pharmacopoeia 5, 2005): gelatin là một loại protein tinh chế, thu được bởi sự thủy phân một phần collagen bằng phương pháp acid (gelatin loại A), kiềm (gelatin loại B) hoặc enzyme.  Theo “Food Chemical Codex 5th, 2003”: gelatin là sản phẩm thu được bằng phương pháp thủy phân kiềm, acid hoặc enzyme collagen – thành phần chính của da, xương và mô liên kết ở động vật. 3 Phân loại gelatin Có rất nhiều cách để phân loại gelatin tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, nguyên liệu, đặc tính sản phẩm… Sau đây là vài cách phân loại cơ bản. 3.1 Dựa theo nguồn gốc nguyên liệu  Gelatin động vật: là gelatin sản xuất từ da, xương, gân động vật có vú.  Gelatin cá: là gelatin sản xuất từ da các loại cá như cá tuyết, cá trắm cỏ,… Gelatin từ cá có hàm lượng proline và hydroxyproline thấp nên có nhiệt độ tạo gel thấp (vì số liên kết hydro hình thành thấp). 3.2 Dựa theo cấu trúc phân tử  Gelatin thuỷ phân: là gelatin mất khả năng tạo gel khi bị thủy phân thành các polypeptide mạch ngắn. Các sản phẩm thủy phân này được tạo ra bằng cách sử dụng enzyme thực hiện quá trình thủy phân, sau đó tiệt trùng, cô đặc và cuối cùng là sấy. Không giống như các protein khác, các sản phẩm thủy phân từ gellatin không có vị đắng nên có thể sử dụng cho nhiều sản phẩm thực phẩm: chất tạo cấu trúc cho các sản phẩm sữa; chất tạo nhũ trong công nghệ chế biến các sản phẩm từ thịt; nguồn protein trong thực phẩm ăn kiêng; chất mang trong quá trình tạo hạt mà không làm biến đổi các tính chất vật lý, hóa học của hạt; chất tạo bọt,…  Gelatin ester hóa: là gelatin ester hóa bởi các acid béo, giúp cải thiện khả năng tạo nhũ, mở rộng chức năng sinh học của acid béo (một số acid béo không thể bổ sung trực tiếp vào thực phẩm do mùi vị kém, dễ bị oxy hóa, không tan trong nước. Quá trình ester hóa gellatin giúp bổ sung acid béo vào thực phẩm).  Gelatin tan trong nước lạnh (gelatin sử dụng liền – instant gelatins): là loại gelatin khi sấy không qua pha tạo gel, có cấu trúc vô định hình, không tạo tinh thể. Cấu trúc vô định hình của gelatin loại này cho phép nó trương nở rất nhanh và rất mạnh. Mạng phân tử ba chiều của nó liên kết lỏng lẻo, sự sắp xếp của các phân tử là hoàn toàn ngẫu nhiên, lực liên kết giữa các phân tử cũng như lực liên kết nội phân tử rất yếu nên nước có thể dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc phân tử với một lượng lớn nhất có thể và tạo thành cấu trúc tương tự gel. Loại gelatin này hút ẩm mạnh và khó tạo gel khi nồng độ thấp. Loại gel này được sản xuất bằng cách sử dụng công đoạn sấy phun hoặc sấy thùng quay. Theo cách này gelatin có thể được sấy có kèm theo phụ gia hoặc không. Cấu trúc vô định hình thu được khi quá trình tạo gel diễn ra trong lúc sấy. Về tính chất lưu biến học, gel của gelatin dạng này tương tự như gel của các dạng gelatin khác nhưng động học của quá trình tạo gel lại khác biệt. Trong khi gel của gelatin loại này đạt được 90% độ chắc của nó sau 30 phút thì gel của gelatin thông thường yêu cầu nhiều thời gian hơn. Thêm vào đó, gel của gelatin thông thường có độ chắc cao hơn ngay cả khi tương tự về nồng độ và chất lượng gelatin sử dụng. Để tránh sự tạo tảng và đảm bảo sự đồng nhất thì tỉ lệ hòa tan nên dùng là 1:5 ÷ 1:7.  Gelatin biến tính bằng phương pháp hóa học: các nhóm amino, carboxyl, hydroxyl trong các amino acid của gelatin có thể phản ứng với các chất hóa học để làm biến đổi các đặc tính hóa học và vật lý của gelatin. Gelatin biến tính loại này được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực nhiếp ảnh và mỹ phẩm, việc sử dụng chúng trong lĩnh vực thực phẩm và y dược hiện đang bị cấm.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM

MỤC LỤC

1 Tổng quan 1

2 Định nghĩa 1

3 Phân loại gelatin 1

3.1 Dựa theo nguồn gốc nguyên liệu 2

3.2 Dựa theo cấu trúc phân tử 2

3.3 Dựa theo phương thức sản xuất 3

3.4 Dựa vào hình dáng bên ngoài 3

4 Cấu tạo 4

 Thành phần 5

5 Tính chất 7

5.1 Khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử 7

5.2 Điểm đẳng điện 8

5.3 Khả năng hòa tan trong nước 8

6 Khả năng tạo gel 8

6.1 Gelatin trong nước 10

6.2 Gelatin tan trong dung dịch 12

7 Ứng dụng 17

7.1 Gelatin trong công nghiệp thực phẩm 17

7.2 Ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo 17

7.3 Ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa 26

7.4 Cách thức sử dụng gelatin trong quá trình sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa 27

7.4.1 Một số lĩnh vực có ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa 28

7.5 Ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất đồ uống 31

7.6 Ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất thịt 34

7.7 Ứng dụng gelatin trong sản xuất các sản phẩm thực phẩm chức năng 35

7.8 Qui trình điển hình : qui trình sản xuất yogurt ca cao 39

8 Nguồn khai thác và phương pháp sản xuất 41

8.1 Nguồn khai thác 41

1 Tổng quan

Gelatin là sản phẩm thu được từ collagen Sản phẩm gelatin thương mại đầutiên xuất hiện ở Hà Lan vào khoảng năm 1685, sau đó xuất hiện ở Anh vào khoảngnăm 1700 Cuối thế kỷ 19, ngành công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện, làm tăngthêm ứng dụng và ổn định tính chất sản phẩm Năm 1850, công nghiệp sản xuấtgelatin xuất hiện tại Mỹ nguồn nguyên liệu chính lúc này là da chưa thuộc vàxương Đến năm 1930, ngành sản xuất này phát triển mạnh mẽ khi da heo đượcxem như một nguồn nguyên liệu

Trong công nghiệp thực phẩm, gelatin là một trong những loại keo ưa nướchoặc hợp chất cao phân tử tan được trong nước có thể sử dụng như tác nhân tạo gel,tạo độ đặc hoặc tác nhân ổn định cấu trúc Gelatin khác với các loại keo khác ở chỗtrong khi hầu hết các loại keo khác là polisaccharide (như carrageenan, pectin, agar,

…) thì gelatin lại là một loại protein chứa tất cả các acid amin thiết yếu ngoại trừtrytophane Hiện nay, lượng gelatin được sản xuất hàng năm trên thế giới ước tínhkhoảng 2000 tấn và lượng gelatin sử dụng trong thực phẩm mỗi năm tăng khoảng3%, chủ yếu trong sản xuất bánh kẹo và thực phẩm năng lượng thấp

2 Định nghĩa

Gelatin là polipeptit cao phân tử thu nhận từ collagen – thành phần protein chủyếu của mô liên kết động vật, bao gồm xương, da và gân Tên “gelatin” được sửdụng phổ biến từ khoảng năm 1700 có nguồn gốc từ chữ Latin “gelatus”, có nghĩa

là màng hay chất làm đông Thuật ngữ gelatin mặc dù đôi khi được dùng để đề cậpcác tác nhân tạo gel nói chung nhưng lại dùng để nói riêng đến vật liệu protein tạo

từ collagen đã bị thoái hóa do nhiệt Hiện nay, có nhiều cách khác nhau để địnhnghĩa gelatin:

 Theo dược điển của Mỹ (American Pharmacopoeia-USP 29-NF 24, 2006):gelatin là sản phẩm thu được bởi sự thủy phân một phần collagen có nguồngốc từ da, mô liên kết hoặc xương của động vật

 Theo dược điển châu Âu (European Pharmacopoeia 5, 2005): gelatin là mộtloại protein tinh chế, thu được bởi sự thủy phân một phần collagen bằngphương pháp acid (gelatin loại A), kiềm (gelatin loại B) hoặc enzyme

 Theo “Food Chemical Codex 5th, 2003”: gelatin là sản phẩm thu được bằngphương pháp thủy phân kiềm, acid hoặc enzyme collagen – thành phần chínhcủa da, xương và mô liên kết ở động vật

3 Phân loại gelatin

Có rất nhiều cách để phân loại gelatin tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, nguyên

3.1 Dựa theo nguồn gốc nguyên liệu

 Gelatin động vật: là gelatin sản xuất từ da, xương, gân động vật có vú

 Gelatin cá: là gelatin sản xuất từ da các loại cá như cá tuyết, cá trắm cỏ,…Gelatin từ cá có hàm lượng proline và hydroxyproline thấp nên có nhiệt độ tạogel thấp (vì số liên kết hydro hình thành thấp)

3.2 Dựa theo cấu trúc phân tử

 Gelatin thuỷ phân: là gelatin mất khả năng tạo gel khi bị thủy phân thành

các polypeptide mạch ngắn Các sản phẩm thủy phân này được tạo ra bằng cách

sử dụng enzyme thực hiện quá trình thủy phân, sau đó tiệt trùng, cô đặc và cuốicùng là sấy Không giống như các protein khác, các sản phẩm thủy phân từgellatin không có vị đắng nên có thể sử dụng cho nhiều sản phẩm thực phẩm:chất tạo cấu trúc cho các sản phẩm sữa; chất tạo nhũ trong công nghệ chế biếncác sản phẩm từ thịt; nguồn protein trong thực phẩm ăn kiêng; chất mang trongquá trình tạo hạt mà không làm biến đổi các tính chất vật lý, hóa học của hạt;chất tạo bọt,…

 Gelatin ester hóa: là gelatin ester hóa bởi các acid béo, giúp cải thiện khả

năng tạo nhũ, mở rộng chức năng sinh học của acid béo (một số acid béo không thể

bổ sung trực tiếp vào thực phẩm do mùi vị kém, dễ bị oxy hóa, không tan trongnước Quá trình ester hóa gellatin giúp bổ sung acid béo vào thực phẩm)

 Gelatin tan trong nước lạnh (gelatin sử dụng liền – instant gelatins): là

loại gelatin khi sấy không qua pha tạo gel, có cấu trúc vô định hình, không tạo tinhthể Cấu trúc vô định hình của gelatin loại này cho phép nó trương nở rất nhanh vàrất mạnh Mạng phân tử ba chiều của nó liên kết lỏng lẻo, sự sắp xếp của các phân

tử là hoàn toàn ngẫu nhiên, lực liên kết giữa các phân tử cũng như lực liên kết nộiphân tử rất yếu nên nước có thể dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc phân tử với mộtlượng lớn nhất có thể và tạo thành cấu trúc tương tự gel Loại gelatin này hút ẩmmạnh và khó tạo gel khi nồng độ thấp

Loại gel này được sản xuất bằng cách sử dụng công đoạn sấy phun hoặc sấy thùngquay Theo cách này gelatin có thể được sấy có kèm theo phụ gia hoặc không Cấutrúc vô định hình thu được khi quá trình tạo gel diễn ra trong lúc sấy

Về tính chất lưu biến học, gel của gelatin dạng này tương tự như gel của các dạnggelatin khác nhưng động học của quá trình tạo gel lại khác biệt Trong khi gel của

loại này được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực nhiếp ảnh và mỹ phẩm, việc sử dụngchúng trong lĩnh vực thực phẩm và y dược hiện đang bị cấm.

3.3 Dựa theo phương thức sản xuất

 Loại A: có pH = 3.8-5.5 Gelatin loại A là gelatin được chế biến theo phương

pháp thủy phân bằng acid Loại này chế biến từ da heo đông lạnh hoặc xương saukhi đã rửa sạch

 Loại B: có pH =7.5-10.5 Gelatin loại B là gelatin được chế biến theo

phương pháp thủy phân bằng kiềm Loại này chế biến từ da thú

3.4 Dựa vào hình dáng bên ngoài

Dựa vào hình dáng bên ngoài, người ta chia gelatin thành 2 loại:

 Gelatin dạng hạt: có màu vàng nhạt tới trong suốt

Hình 1 – Gelatin dạng hạt

 Gelatin dạng tấm: có dạng lá mỏng, không có mùi tanh, nặng khoảng 2-3g/lá,mềm khi ngâm trong trong nước lạnh

Hình 2 – Gelatin dạng tấm

4 Cấu tạo

Cấu trúc bậc 1: Phân tử gelatin gồm 18 amino acid khác nhau liên kết theo một trật

tự xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 1000 acid amin Chuỗi peptide có chiều dài khác nhau phụ thuộc nguồn nguyên liệu, chuỗi có một đầu là nhóm amino, một đầu là nhóm carboxyl Cấu trúc thường gặp của gelatin là Gly – X – Y (với X chủ yếu là nhóm proline còn Y chủ yếu là nhóm

hydroxyproline)

Hình 4 – Cấu trúc cơ bản của gelatin

Cấu trúc bậc 2: tổ hợp của 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc Cấu trúc bậc 3: chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó, tạo nên cấu trúc phân tử

dạng dây thừng, gọi là proto fibril

Trong phân tử gelatine có một số nhóm tích điện: carboxyl, imidazole, amino,guanidino Tỷ lệ các nhóm này ảnh hưởng đến pH và pI của gelatin Ngoài ra còncác nhóm không mang điện tích là các nhóm hydroxyl (serine, threonine,hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptide (-CO-NH-) quy địnhkhả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử

 Thành phần

Tất cả các acid amin có mặt trong protein đều hiện diện ở gelatin ngoại trừtryptophane và cystine mặc dù cũng phát hiện ra vết của chúng

Bảng 1 – Thành phần acid amin có mặt khi thủy phân 100g mẫu Gelatin

2 – 3-2,9 – 4,22,2 – 4,40,2 – 1

4 – 5

8 – 90,7 – 1

6 – 7

11 – 120,8 – 1,2

Hình 5 – Thành phần phần trăm acid amin của Gelatin

Bảng 2 – Tỷ lệ và thành phần các acid amin trong Gelatin sản xuất từ da cá và

xương

Thành phần amino acid Từ da (%) Từ xương (%)

Các hạt gelatin rắn khi ngâm trong nước sẽ hút nước và trương nở Gelatin cóthể hấp thu một lượng nước gấp 5-10 lần khối lượng của nó Khi gia nhiệt, gelatin

đã hydrat hóa sẽ nhanh chóng chuyển thành dạng dung dịch

Gelatin tan trong các polyol như glycerin, propylen glycol, sorbitol, manitol,không tan trong cồn, aceton, CCl4, benzen, ether và các dung môi hữu cơ khác.Các muối phosphat, citrat, sulfat ở nồng độ thấp cũng làm gelatin trong dungdịch nồng độ cao kết tủa

Gelatin là một thực phẩm, có chứa 9 loại amino acid cần thiết cho con người.Gelatin không phải là phụ gia thực phẩm nên không có giới hạn sử dụng

5.1 Khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử

Gelatin có bloom cao thường chứa một tỉ lệ lớn (30 – 35%) các phân tử cókích thước giống nhau dưới dạng các chuỗi -và - Phần lớn các Gelatin cũngchứa các tổ hợp với phân tử có khối lượng trên 10 triệu và các polypeptit với cácphân tử có khối lượng ít hơn 80.000

Sự phân bố khối lượng phân tử: các dạng Gelatin thường gặp bao gồm cácchuỗi  với khối lượng phân tử 230.000-340.000, chuỗi  với khối lượng phân tử123.000 – 230.000, chuỗi  với khối lượng phân tử 80.000 – 125.000 và các chuỗi

 nhỏ 10.000 – 80.000

5.2 Điểm đẳng điện

Cũng giống như các protein khác, Gelatin có thể hoạt động như một acid hoặcmột base, tùy thuộc vào pH Trong dung dịch acid gelatin tích điện dương và trongdung dịch kiềm nó tích điện âm Điểm trung gian ở đó sự tích điện bằng 0 gọi là pIhoặc điểm đẳng điện

Sự thay đổi trong tỉ lệ của các nhóm carboxyl, amin có liên quan đến sự khácnhau trong điểm đẳng điện của gelatin Ở collagen, 35% nhóm acid nằm ở dạngamid Do đó, collagen là một protein cơ bản có điểm đẳng điện là 9,4 Trong suốtquá trình điều chế gelatin, quá trình xử lí bằng acid hoặc base sẽ thủy phân nhómamid trong phạm vi lớn hoặc nhỏ hơn

Điểm đẳng điện của gelatin có thể thay đổi từ 9,4 (không thay đổi nhómamid) đến 4,8 (90 – 95% các nhóm acid carboxylic tự do)

Gelatin được điều chế bằng phương pháp acid có điểm đẳng điện cao vì điềukiện thao tác công nghệ duy trì được giá trị gần với điểm đẳng điện của collagen.Gelatin được điều chế bằng phương pháp kiềm qua quá trình xử lí bằng kiềmdài hơn và chỉ có một phần nhỏ các nhóm amin còn lại nên gelatin này có pH đẳngđiện acid và thường nằm trong khoảng 4,8 – 5,2

5.3 Khả năng hòa tan trong nước

Gelatin chỉ hòa tan một phần trong nước lạnh, tuy nhiên khô nở gelatin hoặchydrat khi khuấy vào nước Hỗn hợp đó nên thường không vượt quá 34%gelatin Về sự nóng lên đến khoảng 40 ° C gelatin đã được cho phép để làm ẩmtrong khoảng 30 phút tan chảy để cung cấp cho một giải pháp thống nhất Ngoài ra,khô gelatin có thể được hòa tan bằng cách khuấy vào nước nóng, nhưng khuấy phảiđược tiếp tục cho đến khi giải pháp hoàn tất Phương pháp này thường chỉ được sửdụng để pha loãng các giải pháp của gelatin

6 Khả năng tạo gel

Quá trình tạo gel của gelatin liên quan đến hai quy luật cơ bản sau : đầu tiên làcác mối nối bên trong mạng phân tử nên sắp xếp có trật tự hơn, chắc hơn và hế đến

thay đổi hệ thống điện tích, ngăn cản khả năng các chuỗi tiến đến các vị trí thíchhợp để hình thành nên vùng chuyển tiếp.

Hình 6 – Tương tác phân tử xảy ra trong giai đoạn đầu của quá trình tạo gel của

gelatin

Hình 7 – Sự biến đổi sang dạng cấu trúc giống collagen trong quá trình tạo gel của

gelatinKhả năng tạo gel của gelatin trong các dung môi khác nhau là khác nhau Vìvậy, khi đánh giá khả năng tạo gel của gelatin cần chú ý tới điểm này

6.1 Gelatin trong nước

Gelatin trương nở khi được cho vào nước, hấp thụ một thể tích nước bằng

5-10 lần thể tích của bản thân nó, khi được gia nhiệt cao hơn điểm tan chảy, gelatin đãtrương nở hoà tan và tạo thành gel khi được làm nguội Quá trình chuyển đổi giữadạng dung dịch và dạng gel có tính thuận nghịch Ngoài ra, gel của gelatin bắt đầutan chảy ở 27-34 độ C và có xu hướng tan trọng miệng Các tính chất này được sửdụng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm

Quá trình tạo gel của gelatin trải qua 2 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: hấp thụ và trương nở trong nước để tạo dung dịch,topt = 45-500C

 Giai đoạn 2: Tạo các liên kết ngang nối các phân tử gelatin với nhau

T = 8-120C

Khả năng hấp thụ nước của gelatin phụ thuộc vào đặc điểm nguyên liệu, yếu tốcông nghệ khi tạo gel như pH, nhiệt độ, nồng độ các chất khác trong dung dịch

 pH của dung dịch gelatin

Điểm đẳng điện của dung dịch gelatin trong thí nghiệm khoảng 5,2 nên giá trị pHnào càng gần thì khả năng khuếch tán nước càng cao

Như vậy, tại điểm đẳng điện thì khả năng khuếch tán là cao nhất

Hình 8 - Ảnh hưởng của pH lên khả năng khuếch tán của nước vào gelatin

 Nhiệt độ của dung dịch gelatin

Nhiệt độ càng cao => khả năng khuếch tán của nước vào gelatin càng cao Thôngthường, nhiệt độ hoà tan của gelatin không vượt quá 900C

Hình 9 - Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng khuếch tán của nước vapf gelatin

 Độ bền gel của dung dịch

Độ bền gel của dung dịch phụ thuộc vào khả năng hấp thụ nước của gelatin và khảnăng hình thành liên kết ngang giữa các phân tử gelatin Thời gian ổn định dungdịch gel hình thành liên kết ngang càng dài => độ bền gel càng lớn cho đến khi đạtgiá trị bão hoà.

Hình 10 - Ảnh hưởng của thời gian lên độ bền gel ở nồng độ 6,66% ở 10oC

 Nồng độ và loại gelatin

 Nồng độ gelatin của dung dịch càng cao thì gel tạo thành càng chắc, độ bền gel càng lớn và ngược lại.

 Dung dịch nào có gelatin độ Bloom càng lón thì gel tạo thành càng chắc,

độ bền gel càng lớn và ngược lại.

Hình 11 – Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ và loại gelatin

6.2 Gelatin tan trong dung dịch

Gelatin trong dung dịch đường

Trong công nghiệp sản xuất thực phẩm, gelatin dùng nhiều nhất trong lĩnhvực kẹo nên cần quan tâm mối tương tác của gelatin đối với các loại đường sửdụng Sau đó là xét đến ảnh hưởng của phụ gia khác thường dùng kết hợp trong sảnphẩm với gelatin

Hình 12 - Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ln và lnG’ ( ) , ln G’’ (o) đối vớiđường sucrose ở các nồng độ khác nhau (a) 10% , (b) 30 %, (c) 50 %

Khi nghiên cứu các tính chất lưu biến học của hỗn hợp gelatin / đường người

ta nhận thấy rằng khi nồng độ đường trong hỗn hợp nhỏ hơn 30% thì hỗn hợp cókhả năng tạo gel yếu thể hiện qua giá trị G’ ( môđun đàn hồi ) lớn hơn G’’ ( mô đunnhớt) và khi nồng độ đường trong hỗn hợp lớn hơn 30% thì hỗn hợp có tính chấtcủa một chất lỏng thể hiện qua giá trị G’’ >G’

Hình 13 – Sự thay đổi giá trị G’ của các mẫu gelatin / đường ở 5oC trong vòng 10h

phụ thuộc vào nồng độ đường (a) sucrose , (b) glucose , (c) xylose

Khi xem xét hỗn hợp gelatin /đường thì các nhà nghiên cứu nhận thấy giá trị

“pseudoplateau” ( giá trị cân bằng ) của G’ giảm cùng với sự tăng nồng độ dungdịch đường (Hình 2).Điều này chứng tỏ mối tương tác nội phân tử của hỗn hợpgelatin/ đường yếu hơn dung dịch chỉ có gelatin Sự giảm giá trị G’ khi có sự hiệndiện của đường có thể là kết quả của sự tăng khoàng cách các điểm nút mạng giữacác đoạn của chuỗi phân tử do đó làm giảm các điểm rối trong nút mạng.Sự phụthuộc vào nồng độ đường còn có thể giải thích bằng sự di chuyển chậm chạp củaprotein kết tụ do sự tăng độ nhớt khi có mặt của đường

Giá trị “pseudoplateau “ của G’ trong hỗn hợp gelatin với 10% các loạiđường khác nhau được biễu diễn theo thứ tự sau : mẫu đối chứng ( mẫu không có sựhiện diện của đường ) > surcose >glucose >xylose ( Hình 3 ) Và nhân tố quan trọngảnh hưởng tới độ bền của dung dịch gelatin – đường là nhóm e-OH của đường vàgiá trị G’ trong suốt quá trình phát triển của dung dịch đường – gelatin tăng theo sựtăng của nhóm e-OH theo thứ tự surcose>glucose>xylose

Hình 13 – Sự thay đổi giá trị G’ trong các mẫu gelatin /đường với nồng độ đường là

10% ở 5oC trong 10h

Sự kết hợp giữa gelatin và tinh bột

Khi các hạt tinh bột được đưa vào nước và được đun nóng ở nhiệt độ dướinhiệt độ tạo gel thì các hạt tinh bột sẽ trương nở do amylose và amylopectin đượcgiải phóng và trở nên hoà tan Nếu nồng độ đủ lớn và quá trình xử lí nhiệt tạo ra độnhớt ở pha “paste” thì hỗn hợp sẽ tạo thành gel khi được làm nguội

Amylose được hoà tan trong suốt quá trình tạo gel sẽ có thể hình thành nênmạng gel sau quá trình thoái hoá của amylose Và quá trình thoái hoá này tạokhuynh hướng cho các phần tinh bột trở nên tăng sự không hoà tan khi được làmnguội Amylose nhạy cảm với sự thoái hoá hơn là amylopectin Gel hình thành từ

Bảng 3 – Giá trị G’ đo được cho các mẫu gel khác nhau

 Gelatin kết hợp giữa tinh bột/ đường/ gelatin:

Hình 14 - Cấu trúc mạng gel tinh bột/ đường/ gelatinPhần màu đên trong hình 4.2.1 là khu vực giàu gelatin và pha màu xám nhạt làkhu vực giàu hỗn hợp tinh bột/ đường kích thước và hình dạng của khu vựcgiàu gelatin này phụ thuộc vào quy trình hoà trộn gelatin vào tinh bột/ đường đãđược keo hoá trước

Gelatin kết hợp với pectin:

Việc kết hợp pectin sẽ làm giảm biến dạng tải điểm gảy và ảnh hưởng lênứng suất tại điểm gãy của mạng gel gelatin/ pectin tuỳ vào nồng độ pectinthêm vào Về phương diện cảm quan, mạng gel gelatin / protein giòn hơn, ítdai và bóng hơn so với mạng gel chỉ có gelatin không có pectin

Gelatin kết hợp với agar:

Agar đóng vai trò như là chất hỗ trợ, chất nền cho quá trình hoà tan gelatin Tuynhiên khi nồng độ quá cao, cao hơn 2,5% thì vai trò này sẽ đảo ngược lại.

Kết hợp hai chuỗi polymer lại đả hình thành nhiều liên kết nên tính chất của gelcũng thay đổi, hôn hợp gel này có tính cứng và bền hơn so với gel tạo thành tưgelatin nhưng lại mềm hơn gel tạo từ agar

7 Ứng dụng

7.1 Gelatin trong công nghiệp thực phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm, gelatin là một trong những loại chất keo ưa nước,được sử dụng như tác nhân tạo gel, tạo độ đặc hoặc tác nhân ổn định cấu trúc.Gelatin khác với các loại chất keo khác ở chỗ: trong khi hầu hết các loại chất keokhác là polyssacharide (như carrageenan, pectin, agar, …) thì gelatin là một loạiprotein chứa tất cả các acid amin thiết yếu, ngoại trừ trytophane Hiện nay, lượnggelatin đươc sản xuất hàng năm trên thế giới ước tính khoảng trên 315.000 tấn vàlượng gelatin được sử dụng trong công nghệ thực phẩm chiếm khoảng trên 60%,chủ yếu trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất bánh kẹo

Theo tổ chức y tế thế giới WHO thì gelatin là an toàn cho sức khỏe và gelatinkhông được xem như là một phụ gia thực phẩm

7.2 Ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo

Công nghiệp sản xuất bánh kẹo có lẻ là lĩnh vực có nhiều ứng dụng của gelatinnhất tính cho đến hiện nay Gelatin được sử dụng trong các sản phẩm bánh kẹo ngọtnhư: “winegums”, “gummy bears”, “fruit chews”, “marshmallow” và ”licorice”.Chức năng của gelatin phụ thuộc vào loại sản phẩm Trong “marshmallows”, gelatinđóng vai trò làm bền bọt Trong “fruit chews” và “licorice”, gelatin tham gia tạo cấutrúc, độ dai cho sản phẩm Trong “winegums” và “gummy bears”, đặc tính tạo gelcủa gelatin đóng vai trò quan trọng và độ Bloom yêu cầu từ 260 280 Loại gelatinđược sử dụng phụ thuộc vào đặc tính của sản phẩm cuối cùng

Yêu cầu về việc sử dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo:

 Gelatin cần phải được hòa tan hoàn toàn trước để có thể phát huy các tính

o Thời gian: gelatin cần thời gian để có thể hút nước Khoảng thời gian này

có thể kéo dài từ 15 phút cho đến 1 giờ tùy thuộc vào nồng độ dung dịchcần thu, kích thước các phần hòa tan và phương pháp sử dụng để chuẩn bịdịch hòa tan Dung dịch gelatin này không tạo gel được cho đến khi nóđược làm nguội đến nhiệt độ thích hợp và nó không giống như các chấttạo gel khác cần muối hoặc acid để tạo gel Gel gelatin có tính thuậnnghịch với nhiệt độ do vậy nó có thể tan chảy ra sau khi thể gel được tạothành Nhiệt độ tan chảy của chúng thấp hơn nhiệt độ thân nhiệt (khoảng

35 36oC)

 Giá trị Bloom của gelatin là chỉ số đo đạc độ mạnh của gel gelatin Chỉ sốnày càng cao thì độ bền của gel càng lớn ở cùng một nồng độ

o Độ Bloom cho các ứng dụng tạo gel điển hình nằm trong khoảng từ 100

280 tuy nhiên gelatin có độ Bloom trung bình và cao hơn được ưa chuộngtrong lĩnh vực “gummy” bởi vì chúng tạo ra một cấu trúc đặc trưng và cảithiện khả năng định hình Những thành phần khác như glucose, surcose

và hàm lượng ẩm cũng là những nhân tố quan trọng trong việc hình thànhnên cấu trúc của sản phẩm “gum” Vì vậy việc xem xét ảnh hưởng củagelatin cũng gắn liền với những nhân tố này

o Khi gelatin được ứng dụng trong sản xuất loại kẹo “chewy” thì độ Bloomthấp được ưa chuộng (độ Bloom nằm trong khoảng từ 70 140) Mức độ

sử dụng từ 0,2% trong kẹo “caramel” và “toffee” đến 2,5% trong kẹo

“grained chew” Nếu gelatin có độ Bloom cao được sử dụng thì lượngdùng có thể giảm đi một nửa

o Khi gelatin được ứng dụng trong sản xuất loại kẹo “marshmallow” thì giátrị Bloom chỉ đóng vai trò nhỏ trong việc hình thành cấu trúc sản phẩm

o Trong sản xuất các sản phẩm “chewy” thì độ nhớt của gelatin có thể cótác dụng thứ yếu trong quá trình đánh trộn tuy nhiên chúng có thể đượcđiều chỉnh dễ dàng bằng sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình này

o Trong quá trình sản xuất các sản phẩm “marshmallow” thì độ nhớt củagelatin đóng vai trò quan trọng hơn trong những ứng dụng khác củagelatin trong công nghệ sản xuất bánh kẹo Độ nhớt của gelatin ảnhhưởng đến quá trình đánh trộn syrup, quá trình giữ các bọt khí… Độnhớt của gelatin còn đóng vai trò quan trọng khi kết hợp với các phươngpháp tạo hình được sử dụng Với phương pháp tạo hình sử dụng các

chảy dễ dàng vào các khuôn, còn trong phương pháp ép đùn thì độ nhớtcủa khối kẹo phải cao để định hình cho sản phẩm sau khi đùn.

 Gelatin là chất nhạy cảm với nhiệt độ và acid và đặc biệt là khi có sự kết hợpgiữa hai yếu tố này có thể làm hỏng khả năng tạo gel của gelatin Nếu quátrình nấu diễn ra nhanh thì gelatin có thể được đưa vào ngay từ đầu còn nếuquá trình nấu yêu cầu thời gian dài thì gelatin nên đưa vào quá trình trộn saucông đoạn nấu để hạn chế phản ứng Maillard và phản ứng nghịch đảo đường.Việc thêm acid vào nên giữ ở mức tối thiểu có thể được và nên thêm chỉ vàotrước công đoạn đánh trộn tại nhiệt độ nhỏ nhất có thể

Bảng 4 - Ứng dụng của gelatin trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo

Loại sản phẩm Chức năng Độ

Bloom

Loại gelati n

Độ nhớt

Lượn

g sử dụng

Gum gelatin

Tạo gel, tạo cấutrúc, xây dựngtính đàn hồi

180�26

Thấp,cao

6�10

%Gum rượu

Tạo gel, tạo cấutrúc, xây dựngtính đàn hồi

100�18

Thấp,trungbình

2�6%

Kẹo “chewy”

Tạo khí, tạo độđàn dẻo, đànhồi

100�15

Trungbình,cao

0,5�3

%Kẹo

“marshmallows

”

Tạo khí, tạo gel,tác nhân bềnvững

200�26

Trungbình,cao

0,2�1,5%

Bảng 5 – Những vấn đề thường gặp trong sản xuất kẹo gum

Gelatin không hoà tan

Đảm bảo rằng quá trình hoàtan được tiến hành đúng: haiphần nước một phần gelatin,

có khuấy trộn và nhiệt độ tối

thiểu là 60oC

Có thể do sự tương tácgiữa các thành phần trong

Các bong bóng khí được

giữ lại

Xem xét lại quá trình hòa tangelatin và công đoạn loại khítrong quy trình sản xuất

Sự kết tinh

lại đường

Sử dụng quá nhiều sucrose Tăng việc sử dụng glucose

hoặc các DE của glucose

màu vàng,

nâu

Nhiệt độ nấu cao

Giảm nhiệt, thời gian nấu nênngắn lại, thêm gelatin sau khi

nấu

Gum quá

mềm

Lượng gelatin sử dụng ít Tăng lượng gelatin sử dụng

Độ “Bloom” không hợp lý Tăng độ “Bloom”

Sự hỏng gelatin Cắt giảm sự có mặt của nhiệt

và acid

Việc sử dụng chất tạo ngọtkhông thích hợp

Xem xét lại các chất tạo ngọt

về hàm lượng ẩm

Gum quá

cứng

Lượng gelatin sử dụng

nhiều Giảm lượng gelatin sử dụng.

Độ “Bloom” không hợp lý Giảm độ “Bloom”.Việc sử dụng chất tạo ngọt

Tăng nhiệt độ nấu để tăng sự

bằng của môi trường.Sản phẩm

có chất

lượng khác

nhau

Quá trình kiểm soát kém

Xem lại điều kiện kiểm soáttrong từng khâu: tạo hình,nấu, sấy khô

Bảng 6 – Những vấn đè thường gặp trong sản xuất kẹo “chewy candy”

Dịch syrup đường quá bão

hòa

Sử dụng lượngglucose syrup nhiềuhơn Gelatin cũnggiúp ngăn cản sự kếttinh trong trườnghợp này.Tinh thể đường không

được hoà tan trong khối

kẹo

Đảm bảo quá trìnhnấu hoà tan hết cáctinh thể đường

Sản phẩm có tính

dính, nhớt

Độ đồng nhất thấp

Cần phải nấu để đạtđược độ đồng nhấtcao hơn

Phản ứng nghịch đảođường sucrose trong quátrình nấu hoặc việc đưaacid vào ở nhiệt độ quá

cao

Thời gian nấu nênrút ngắn lại.Thêm acid vào ởnhiệt độ thấp nhất

có thể và chắc chắn

là nó không trải quaquá trình nấu