tiểu luận tìm hiểu về pectin, agar, carrageenan (nguồn gốc, tách chiết và chế tạo gel)

Hóa Sinh Thực Phẩm BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM Mơn: Hóa sinh thực phẩm TÊN ĐỀ TÀI Tìm hiểu Pectin, Agar, Carrageenan (Nguồn gốc, tách chiết chế tạo gel) Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN THỊ LỚP : DHTP10B TRANG NHĨM : 13 Hóa Sinh Thực Phẩm DANH SÁCH NHÓM Stt Họ tên Mssv Lớp Lê Hồ Đức Anh 14019101 DHTP10B Hồ Văn Bảo 14090591 DHTP10B Nguyễn Thanh Danh 14020411 DHTP10B Nguyễn Quốc Dự 14035301 DHTP10B Hóa Sinh Thực Phẩm LỜI CÁM ƠN Chúng em cám ơn chân thành tới giáo viên giảng dạy mơn giúp chúng em hồn thành đề tài Do thời gian có hạn, kiến thức hiểu biết chúng em hạn hẹp Kính mong góp ý đọc để đề tài chúng em hồn thiện Hóa Sinh Thực Phẩm PECTIN Nguồn gốc  Tên gọi Pectin bát nguồn từ từ gốc Hy Lạp “Pectos” có nghĩa “hóa gel” hay “hóa đặc”, phát vào năm 1779 Vauquelin, tên gọi Pectin sử dụng vào năm 1824 o Năm 1824, Smolenki lần xác nhận Pectin polymer a Galacturonic o Năm 1830, Meyyor Mark phát thấy cấu trúc thẳng phân tử Pectin o Năm 1937, cấu trúc Pectin thức Shneider bà Bock xác định  Pectin polysaccharide tồn phổ biến thực vật, thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật Ở thực vật pectin tồn chủ yếu dạng pectin hòa tan protopectin khơng hòa tan Dưới tác dụng Hóa Sinh Thực Phẩm acid, enzyme protopectinaza gia nhiệt protopectin chuyển thành pectin  Pectin hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đơn phân tử galactoronic rượu metylic Trọng lượng phân tử từ 20.000 - 200.000 đvC Hàm lượng pectin 1% dung dịch có độ nhớt cao, bổ sung 60% đường điều chỉnh pH môi trường từ 3,1-3,4 sản phẩm tạo đông  Cấu tạo phân tử pectin dẫn suất acid pectic, acid pectic polymer acid D-galacturonic liên kết với liên kết 1-4-glycozide  Acid Pectinic: chất Methyl hóa thấp 100%  Acid Petic: acid Polygalacturonic hồn tồn khơng chưa nhóm Methoxy Hóa Sinh Thực Phẩm  Hợp chất pectin đặc trưng số quan trọng: o Chỉ số methoxyl “MI” biểu cho phần trăm khối lượng nhóm methoxyl –OCH3 có phân tử pectin o Chỉ số este hóa “DE” thể mức độ este hóa phân tử acid galactoronic phân tử pectin  Dựa mức độ methoxy hóa este hóa, thương mại chia pectin thành loại: pectin có độ methoxyl hóa cao pectin có độ methoxyl hóa thấp  Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE >50 % hay MI > 7% Chất làm tăng Hóa Sinh Thực Phẩm độ nhớt cho sản phẩm Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 nồng độ đường 60 %  Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50 % hay MI < 7% Được sản xuất cách giảm nhóm methoxyl phân tử pectin Pectin methoxy thấp tạo đơng trong mơi trường khơng có đường Chúng thường dùng làm màng bao bọc sản phẩm    Trong q trình bảo quản bị tách nước lão hóa Q trình tạo đơng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn pectin, mức độ methoxy hóa cao khả tạo đơng cao Khi sử dụng cần phải hòa tan pectin vào nước, pectin hút đủ nước sử dụng cơng đoạn cuối chế biến  Các pectin chất keo háo nước nên có khả hydrat hóa cao nhờ gắn phân tử nước vào nhóm hydroxyl chuỗi polymethyl galacturonic Ngồi ra, phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả đẩy lẫn có khả làm giãn mạch Hóa Sinh Thực Phẩm làm tăng độ nhớt dung dịch Khi làm giảm độ tích điện hydrat hóa làm cho sợi pectin xích lại gần tương tác với tạo nên mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng bên Tách chiết  Nguyên liệu sản xuất Pectin  Nguyên liệu dùng để sản xuất pectin phế liệu thu sản xuất số loại sản phẩm rau quả, thường táo hay có múi,… Ví dụ vỏ cam quýt, bưởi bã táo lại sau sản xuất nước táo Các phụ phẩm sấy khô bảo quản sử dụng thời gian dài Trong loại họ cam quýt chanh bưởi ưa thích cam Lượng Pectin vỏ cam qt chiếm từ 20-50% trọng lượng khơ, bã táo từ 10-20%  Sản phảm pectin từ vỏ trái có múi: chiết xuất từ vỏ chanh, vỏ cam, vỏ bưởi vỏ loại trái cay sản phẩm phụ trình ép nước có chứa hàm lượng Pectin cao với tính chất mong muốn  Sản phẩm pectin từ táo: Bã táo, phần thu nhận từ trình ép táo Những sản phẩm có màu sắc Hóa Sinh Thực Phẩm tói (màu nâu) so với pectin từ loại trái có múi khác chức  Do lượng pectin có múi nhiều bã táo nên nhóm để chojnnguyeen liệu sản xuất pectin từ có múi  Quy trình sản xuất pectin từ có múi  Cùi, bã -> Tách hạt -> Xử lý đắng -> Xay nhỏ > (dd HCl lỗng) Trích ly pectin -> (dd Na2CO3) Trung hòa -> Ép (Bã ép) -> Cơ đặc chân khơng -> (Bao bì) Rót bao bì -> Thanh trùng -> Chế phẩm cô đặc pectin Chế tạo gel  Tùy loại pectin có mức độ methoxyl hố khác mà chế tạo gel khác  HMP: Tạo gel theo chế Đường – Acid, kết hợp chuỗi pectin kết hai tương tác khác Hóa Sinh Thực Phẩm o Sự tương tác nhóm kỵ nước: nhóm methylester kỵ nước tụ tập lại cho bề mặt tiếp xúc với nước nhỏ nhất, tạo kết tụ ban đầu mạch Pectin, nhóm định thời gian tạo gel HMP o Sự hình thành cầu nối hydro: cầu nối hydro hình thành nhóm cacboxyl tự khơng phân ly, đóng vai trò nđịnh khối liên kết q trình kết tụ nhóm methylester giữ chúng lại với nhau, pH thấp, số nhóm cacboxyl liên kết cầu nối Hydro hình thành dễ dàng  Đường có khả hút ẩm, làm giảm mức độ hydrat hóa phân tử pectin dung dịch  Ion H+ thêm vào đơi nhờ độ  acid q trình chế biến trung hòa bớt gốc COO –, làm giảm độ tích điện phân tử Vì phân tử tiến lại gần để tạo thành liên kết nội phân tử tạo gel  Trong trường hợp liên kết phân tử pectin với chủ yếu nhờ cầu hydro nhóm hydroxyl Kiểu liên kết khơng bền gel tạo thành mềm dẻo tính di động phân tử khối gel, loại gel khác biệt với gel thạch gelatin  Cấu trúc gel: phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin, loại  pectin nhiệt độ  30 ÷ 50% đường thêm vào pectin saccharose Do cần trì pH acid để đun nấu gây q trình Hóa Sinh Thực Phẩm Trong rong đỏ Việt Nam chứa từ 24-45% khối lượng rong khô  Các Agar tách thành hai tên khác Polysaccharides Agarose Aparopectin cách sử dụng phương pháp Acetylation  Agarose có cấu tạo mạch thẳng, trung tính, từ gốc Beta D- galactopyranose 3-6- alhidro-L- galactose Cả hai gốc có xấp xếp xen kẻ độ bền liên kết khác Liên kết Alpha 1-3 dễ phân hủy Enzim tạo thành Neoagarobiose Liên kết Beta 1-4 dễ thủy phân với xúc tác của  Acid tạo thành gốc Agar- agarobiose Agar- agarobiose làm cho Agar-agar mơi trường nước có khả tạo gel  Agaropectin có khả tạo gel thấp nước cấu trúc đến chưa xác định rõ Chỉ biết tạo nên xấp xếp xen kẻ D-galactose L-galactose chúng chứa tất nhóm phân cực Agar  Các Agarose vô Polymer, Agaropectin Acidic polymer Sau đó, Araki et al nhà khoa học – cách thủy phân thoái biến Enzymic Agar – cô lập Agarobiose  Neoagarobiose, theo thứ tự tương ứng tiết lộ Agarose gồm Agarobiose lặp lặp lại, Disaccharide xen với 1,3-liên kết –Beta-D-galactoptranose va 1,4- liên kết-3, 6-anthydroalpha-L-galactopyranose  Ở nước ta, “rau câu” nguyên liệu để chế biến thạch – Agar Qua điều tra ven biển tỉnh phía Bắc, chúng Hóa Sinh Thực Phẩm ta phát 11 loài Đáng ý loài “rau câu” vàng Gracilaria verrucosa Papenf Ở tỉnh phía Nam phát lloa2irau câu”, đáng ý loài “rau câu” rễ tre- Gelidiella acerose Feldm Et Ham Cơ chế tạo gel  Tạo gel bền, cấu trúc gel cứng, dòn,  Khả tạo gel phụ thuộc vào nhiệt độ, ban đầu agar pha liên tục nước pha phân tán Khi đưa nhiệt độ lên cao 900c, Agar trở thành pha phân tán nước pha liên tục lúc hình thành dạng dung dịch bao gồm tiểu phân mixen, mixen phân tử Agar Khi hạ nhiệt đô xuống 350c hạt mixen bao bọc quanh lớp nước liên kết tạo thành gel dẫn đến phân bố lại diện tích bề mặt hạt mixen Hóa Sinh Thực Phẩm  Khả hình gel thuận nghịch nhiệt đặc điểm làm cho Agarco1 kết hợp cần thiết nhiều ứng dụng Khi tạo gel, cầu nói hydro lam tang tính bền vững cấu trúc mạng agar, ching61 lại phân ly hỗn hợp dịch tang nhiệt độ mạnh Bên cạnh đó, liên kết Beta 1-4 dễ thủy phân với xúc tác axit tạo thành gốc Agar-agarobise Agar- agarobise làm cho agar-agar mơi trường nước có khả tạo gel  Quá trình tạo gel xảy để nguội hay làm lạnh dung dịch agar Đây chất tạo gel tốt nhất, hấp thụ nhiều nước tạo gel nhờ liên kết hydro nồng độ thấp( khoảng 0,04%) Khả tạo gel độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ agar phân tử lượng trung bình  Dung dịch agar tạo gel nhiệt độ 40-50 0c tan chảy nhiệt độ khoảng 80-850c Dung dịch agar 1,5% tạo gel 32-390c, không chảy nhiệt độ thấp 60-970c Sự khác biệt lớn nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ tạo gel gọi trễ nhiệt hysteresis Đây tính chất riêng đặc trưng Agar  Kích thước lỗ gel khác phụ thuộc vào nồng độ Agar Nồng độ agar cao bán kính lỗ nhỏ Lỗ gel lớn hiệu rây lọc bé Khi làm khô tạo màng suốt, bền học bảo quản lâu dài mà khơng bị hỏng Hóa Sinh Thực Phẩm  Agar có chứa số gốc tích điện âm ( gốc sulfate gốc cacboxyl) nên gel agar có số tích chất trao đổi ion Song khả ày thấp nồng độ agar sử dụng thường vào khoảng 1% Vì điện di người ta dung agarose làm chất mang tốt agar agarose chứa gốc sulfate Có thể khử nhóm sulfate khỏi agarose ( chí agar) cách xử lý với NaBH4 mơi trường kiềm nhẹ ( gốc sulfate bị thủy phân), sau rửa nước cất  Gel agar có tính thuận nghịch đàn hồi Gel agar không màu, không vị, không ảnh hưởng đến vị tự nhiên sản phẩm Gel agar chịu nhiệt độ cao 1000c, pH ttừ 5-8, khả giữ nước cao  Nói chung, mạnh gel agar điều chứa đựng agarose, có mặt ion sulfate làm gel bị mờ đục, agaropectin có khả tạo gel thấp nước Hóa Sinh Thực Phẩm  Cơ chế chuyển thể alkali Agar: Vào năm 1961 Rees thừa nhận Alkali ( chất kiềm) loại bỏ chổ xoắn ( sulfation C-6 1,4-liên kết-Lgalactose lại) hiên có phân tử agar, 3,6anhydro vòng hình thành Sau đó, tăng 3,6- Ag giảm sulfate cho dạng agar có tính gel mạnh Điều thay đổi theo từ C1 đến 1C diễn cách thức vivo enzym, ‘’dekinkase’’ với trưởng thành khúc tản  Gel mạnh: Các mạnh gel agar xác định cho 1% gel cách sử dụng thử nghiệm gel Thông thường 1% Gelidium ( Tảo thạch) agar gel cho sức mạnh khác nhau, từ 300-500g/cm2 Hóa Sinh Thực Phẩm Với agar gracilaria(Rau câu), gel sức mạnh khoảng từ 50 đến 300g/cm2 đạt 500g/cm2 nhiều sau xử lí với Alkali Agar từ loại tảo khác tính chất gel chịu ảnh hưởng nhiệt độ khác  Các yếu tố ảnh hưởng đến khả tạo gel:  Nhiệt độ pH: o Agar bị tác động nhiều mơi trường trung tính o Trong mơi trường axit bị tác động mạnh nhiệt độ biến đổi o pH tối ưu cho trình tạo gel: 8-9  Các thành phần khác: Tỉ lệ, Khả tạo gel giảm có mặt tinh bột, tăng có tồn đường Hóa Sinh Thực Phẩm nồng độ thành ohan62 phối trộn với agar, chẳng hạn như: dùng agar 1%, gelatin 4% nhiệt độ gel 900c, nồng độ gelatin 8% hệ gel giảm nhiệt độ chảy 400c Tách chiết agar Sơ đồ: Gracilaria spp → Tẩy trắng → → Chiết→ Lọc→ Đánh tan→ Xử lý kiềm hóa → Rửa Làm đơng→ Đơng cứng → Sấy khô→ Ép thủy lực → Sấy→ Ngiền → Bột rau câu  Tẩy trắng: Những tảo đưa vào giỏ có chứa kim loại treo lơ lững tron bồn chứa nước, Sodium hypochlorite, giải pháp bổ sung với có mặt Chlorine ca 0,05% 15 phút pH 5-6 Sau đó, khoảng 2%( trọng lượng tảo khô) Thiosulfate nattri them vào làm giảm bớt tính hóa học Hypochlorite Các tảo đem lên sau rửa nước  Rửa: rửa kỹ nước để loại bỏ kiềm tính Một số lượng phù hợp với axit thêm vào để thúc đẩy q trình trung hòa  Lọc: nóng rượu gửi đến lọc có 20 lưới nylon vải lọc để sử dụng tốt với lọc chân không bấm lọc  Làm đông: Các phần nước nước lọc làm nguội hợp nhiệt độ phòng cắt thạch dạng que với cách thức thạch agar  Đông cứng: thạch dạng que dặt phòng dơng -150c đến -180c 24h Hóa Sinh Thực Phẩm  Đánh tan sấy khô: Các thạch đông lạnh đánh tan rữa với nước khử nước với li tâm sấy khô cạn  Ép thủy lực: việc cắt nhỏ dạng gậy hay dạng phim đóng gói vào túi nilon đem ép thủy lực khoảng 10-12 giờ, khử nước cần thiết áp lực khác từ 0,1 đến 6-10kg/ cm2  Sấy nghiền: đưa đến aca1 phòng làm khơ 700c sau tạo thành bột agar ( 80-100 lưới)  Rong biển dung để chế rau câu Sau rửa nước nhiều lần ngâm vôi, người ta cắt miếng nhỏ đun nước nóng Một lát sau chất nhày tan vào nước, nước ngày đặc quánh Vớt bỏ bã, lọc tạo màng hay sợi: rau câu hay agar- agar Hóa Sinh Thực Phẩm Carragenan Nguồn gốc  Được chiết xuất từ loại tảo đỏ có nguồn gốc từ Ireland, mọc dọc theo bờ biển Anh, Pháp, Tây Ban Nha, Island  Chiết xuất Carrageenan nước nóng điều kiện kiềm, sau cho kết tủa hay cô đặc  Carrageenan bắt đầu sử dụng 600 năm trước đây, chiết xuất từ rêu Irish moss (Loài rong đỏ Chondrus crispus) ngơi làng bờ biển phía Nam Ireland làng mang tên Carraghen  Vào năm 30 kỷ XX, carrageenan sử dụng công nghiệp bia hồ sợi Cũng thời kỳ khám phá cấu trúc hóa học carrageenan tiến hành mạnh mẽ  Sau này, carrageenan chiết xuất từ số loài rong khác Gigartina stelata thuộc chi rong Gigartina Nhiều loài rong khác nghiên cứu việc Hóa Sinh Thực Phẩm chiết tách carrageenan để ứng dụng nhiều lĩnh vực khác  Ngày nay, sản xuất công nghiệp carrageenan khơng giới hạn vào chiết tách từ Irish moss, mà nhiều loài rong đỏ thuộc ngành Rhodophyta sử dụng Những loài gọi chung Carrageenophyte Qua nhiều nghiên cứu, có hàng chục lồi rong biển khai thác tự nhiên hay nuôi trồng để sản xuất carrageenan  Tên gọi khác: Irish moss gelose (từ Chondrus spp.); Eucheuman (từ Eucheuma spp.); Iridophycan (từ Iridaea spp.); Hypnean (từ Hypnea spp.); Furcellaran or Danish agar (từ Furcellaria fastigiata); INS No 407  Cấu tạo: o Carrageenan hỗn hợp phức tạp loại polymer o carrageenan, cấu tạo từ gốc D-galactose 3,6anhydro D-galctose Các gốc kết hợp với liên kết -1,4 -1,3 luân phiên Các gốc Hóa Sinh Thực Phẩm D-galactose sulfate hóa với tỉ lệ cao Các loại carrageenan khác mức độ sulfate hóa o Mạch polysaccharide carrageenan có cấu trúc xoắn kép Mỗi vòng xoắn đơn gốc disaccharide tạo nên o Các polysaccharide phổ biến carrageenan kappa-, iota- lambda- carrageenan: Kappa-carrageenan loại polymer Dgalactose- 4-sulfate 3,6-anhydro D-galctose Iotacarrageenan có cấu tạo tương tự Kappacarrageenan, ngoại trừ 3,6-anhydro-galactose bị sulfate hóa C số Lambda-carrageenan có monomer hầu hết D-galactose- 2-sulfate (liên kết 1,3) D-galactose-2,6-disulfate (liên kết 1,4) o Mu nu carrageenan xử lý kiềm chuyển thành kappa iota- carrageenan Hóa Sinh Thực Phẩm Tách chiết Rong sụn khô Rửa Ngâmđộtrong - Nhiệt 300Cnước - Thời gian 40 phút Hóa Sinh Thực Phẩm Hóa Sinh Thực Phẩm Chế tạo gel  Phụ thuộc lớn vào có mặt cation Ví dụ: Khi liên kết với K+, NH4+, dung dịch carageenan tạo thành gel thuận nghịch nhiệt Khi liên kết với Na+ carrageenan hòa tan nước lạnh khơng có khả tạo gel  Muối K+ của carrageenan có khả tạo gel tốt gel giòn dễ bị phân rã Chúng ta giảm độ giòn gel cách thêm vào locust bean gum Carrageenan có liên kết ion tăng lực liên kết tạo gel đàn hồi Carrageenan khơng có khả tạo gel Muối K+của tan nước  Dung dịch nóng kappa iota carrageenan tạo gel làm nguội xuống từ 40-600C dựa vào có mặt cation Gel carrageenan có tính thuận nghịch nhiệt Hóa Sinh Thực Phẩm có tính trễ nhiệt, có nghĩa nhiệt độ gel nhiệt độ nóng chảy gel khác Gel ổn định nhiệt độ phòng gia nhiệt cao nhiệt độ gel từ 5-12 0C gel chảy Khi làm lạnh tạo gel lại Thành phần ion hệ thực phẩm quan trọng đến hiệu sử dụng carrageenan Ví dụ: kappa-carrageenan chọn ion K + để mổn định vùng tạo lien kết, tạo trạng thái gel giòn Iota carrageena chọn Ca2+ nối chuỗi tạo cấu trúc gel mềm đàn hồi ... cách thêm vào locust bean gum Carrageenan có liên kết ion tăng lực liên kết tạo gel đàn hồi Carrageenan khơng có khả tạo gel Muối K+của tan nước  Dung dịch nóng kappa iota carrageenan tạo gel... bao bì -> Thanh trùng -> Chế phẩm cô đặc pectin Chế tạo gel  Tùy loại pectin có mức độ methoxyl hố khác mà chế tạo gel khác  HMP: Tạo gel theo chế Đường – Acid, kết hợp chuỗi pectin kết hai tương... loài “rau câu” rễ tre- Gelidiella acerose Feldm Et Ham Cơ chế tạo gel  Tạo gel bền, cấu trúc gel cứng, dòn,  Khả tạo gel phụ thuộc vào nhiệt độ, ban đầu agar pha liên tục nước pha phân tán