2.4.1. K hái niệm
Poly-gamma-glutamic acid (γ-PGA ) được hình thành từ những đơn phân D và L glutamic axit do liên kết giữa α-amino và γ-carboxyl. γ-PGA được tạo ra khi dùng nguyên liệu chính là glutamic acid, nitơ, cacbon hữu cơ và khoáng chất, nhờ quá trình lên men của vi sinh vật tạo thành chất cao phân tử. Do có cấu trúc hóa học đặc biệt nên phân tửγ-PGA có nhiều tính chất qúy như: tan trong nước, hút nước mạnh, tính kết dính cao, tính hấp thụ kim loại và nhiều công năng khác. Hơn nữa γ-PGA là chất không có độc tính và có khả năng tự phân giải, vì vậy γ-PGA có thểứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hóa mỹ phẩm, y dược, nông nghiệp, xử lý môi trường và thực phẩm cũng như thực phẩm chức năng,.... Đặc biệt trong công nghệ
thực phẩm , γ-PGA và dẫn xuất của nó có những ứng dụng rất độc đáo như chất làm
đặc,chất hấp phụ, chất làm giảm vị đắng, chất bảo vệ tế bào trong quá trình cấp
2.4.2. Cấu trúc của phân tửγ-PGA
Hình 2.2. Cấu trúc hóa học của gamma-Polyglutamic acid (γ-PGA) và các muối (M) γ-PGA của nó (bao gồm M= K+, Na+, NH4+, hoặc Ca2+, Mg2+)
2.4.3. Tính chất
γ-PGA tan trong nước, có khả năng tự phân hủy, ăn được và không độc với con người, sinh vật và môi trường. γ-PGA hòa tan trong nước tạo thành dung dịch có độ nhớt cao. Nó khác với các protein khác ở liên kết γ-peptide vì thế nó có cấu trúc và tính chất đặc biệt. γ-PGA không bị phân hủy bởi các protease nhưng bị phân hủy sinh học bởi γ-GTP (γ-glutamyltranspeptidase). γ-PGA có độ nhớt cao, đặc biệt khi kết hợp với fructan. Ngoài ra γ-PGA con kết hợp với một số ion kim loại nhóm 1, 2 tạo muối có rất nhiều ưu điểm đểứng dụng trong các nhành y tế, mỹ phẩm, môi trường…[21]
2.4.4. Phân loại
Có nhiều cách phân loại γ-PGA nhưng phổ biến nhất là phân loại theo cấu trúc, theo cấu trúc γ-PGA được chia làm 3 loại là:
- Poly γ-D-glutamic acid: Trong chuỗi polyme chỉ chứa các đồng phân dạng D của glutamic acid. Bacillus anthracis là vi khuẩn điển hình có khả năng sản sinh loại PGA này.
- Poly γ-L-glutamic acid: Trong chuỗi polyme chỉ chứa các đồng phân dạng L của glutamic acid. Loại PGA này được tìm thấy trong các vi khuẩn ưa mặn. Chúng tổng hợp chất này để thích nghi với môi trường, làm giảm sự mất nước khi chênh lệch nồng độ muối, điều hòa áp suất thẩm thấu.
- Poly γ-D,L-glutamic acid: Trong chuỗi polyme chứa cả đồng phân dạng D- glutamic acid và L-glutamic acid. Tỷ lệ giữa 2 dạng đồng phân D- glutamic acid và L- glutamic acid phụ thuộc và loài vi khuẩn, điều kiện môi trường nuôi cấy [25].
2.4.5. K ích thước và khối lượng của phân tửγ-PGA
Kích thước cũng như khối lượng của polyme này rất đa dạng phụ thuộc vào cấu trúc cũng như dạng liên kết của nó với các chất khác trong canh trường vi sinh vật. Khối lượng trung bình của các phân tửγ-PGA từ vài kDa đến hàng triệu kDa.
2.4.6. Ứng dụng của PGA
Poly-gamma-glutamic acid (γ-PGA) được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ
thực phẩm, mỹ phẩm, chăm sóc sức khỏe, xử lý nước, xử lý nước thải, phương pháp
điều trị y tế, hợp chất hydrogen…
Trong xử lý nước: PGA hấp thụ những kim loại nặng.
Trong y tế: Thuốc chống say tàu xe, thuốc cầm máu…
Trong mỹ phẩm: Là một chất giữ ẩm, kem dưỡng ẩm để cải thiện chất lượng chăm sóc da, như một tác nhân làm trắng có tính chống nhăn cho hiệu quả lâu dài.
Chăm sóc sức khỏe: Canxi chiếm khoảng 1,5÷2% trọng lượng cơ thể. Nhưng khả năng hấp thụ Ca trong ruột bịảnh hưởng bởi một số yếu tố như chếđộăn uống, hàm lượng phytate và oxalate. Các chất trên hình thành các muối ít tan của Ca vì thế
chúng không được hấp thụ qua đường ruột mà thải ra ngoài qua đường tiêu hóa. Thiếu hụt Ca có thể dẫn đến chứng loãng xương, ion Ca2+ trong máu thấp có thể
dẫn đến hiện tượng co cứng cơ, chuột rút. Năm 2007, nghiên cứu của Tanimoto đã chỉ ra rằng γ-PGA làm tăng khả năng hấp thụ Ca đường ruột ở người nhờ khả năng tạo muối tan, đặc biệt muối này lại không bị phân hủy bởi protease nên Ca2+ sẽ từ từ
ngấm qua thành ruột và kết quả là lượng Ca mà cơ thể hấp thụ được sẽ tăng. Phức hợp Ca–PGA nhanh chóng được bổ sung vào thực phẩm chức năng để tăng cường khả năng hấp thụ Ca đường ruột nhằm giải quyết nhiều vấn đề liên quan tới thiếu hụt Ca [20, 21].
Trong thực phẩm:
- Đông lạnh là một kỹ thuật quan trọng trong bảo quản và chế biến thực phẩm.
chất hoạt động bề mặt trong thực phẩm. Chất bảo vệ tế bào trong đông lạnh ngày càng được sử dụng rộng rãi, gần đây chất chống đông protein AFPs có khả năng chống đông gấp 100 lần so với dự đoán. Trong đó γ-PGA có khối lượng phân tử
thấp hơn 20000 có khả năng chống đông tốt hơn glucose (chất có khả năng chống
đông cao). Khả năng chống đông chỉ ảnh hưởng nhỏ bởi đồng phân quang học và kiểu liên kết peptide (α và β) và giảm trong muối Na, muối K, muối Ca, acid. Người ta cho rằng γ-PGA là một chất bảo vệ lạnh tốt trong thực phẩm bởi nó có vị
yếu hơn các chất bảo vệ lạnh thường được sử dụng như saccharide, muối vô cơ, amino acid. Vì vậy nhà sản xuất có thể bổ sung một lượng lớn mà không làm ảnh hưởng đến mùi vị của thực phẩm đông lạnh. Hơn nữa, khi bổ sung thêm γ-PGA làm thực phẩm nhanh phân hủy trong ruột để đẩy nhanh quá trình hấp thụ khoáng chất (Tanimoto và cs, 1995). Một sốứng dụng của γ-PGA đáng chú ý trong thực phẩm: Chất làm giảm độ đắng khi thêm vào amino axit, peptides, quinine, cafeine, minerals,..; chất chống lão hóa và cải thiện cấu trúc khi thêm vào tinh bột, bánh mỳ..; trong bánh kem nó làm ổn định cấu trúc kem; chất độn và làm tăng vị trong nước trái cây (Karasawa và cs, 1998); trong thức ăn gia súc nó là một thành phần làm tăng khả năng tiêu hóa và hấp thụ khoáng, tăng sản lượng trứng và giảm lượng chất béo không cần thiết [21, 23].
- Ngày nay việc sử dụng phụ gia trong chế biến thực phẩm rất phổ biến như
Carbon methyl cenllulose (CMC) một chất tạo trạng thái trong thực phẩm được sản xuất theo phương pháp hóa học và được sử dụng với số lượng rất lớn. γ-PGA cũng là một chất tạo trạng thái, ổn định sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, sản xuất theo phương pháp sinh hóa, có đặc tính tốt hơn, hiện tại đang được sử dụng thay thế một phần cho CMC trong công nghệ chế biến thực phẩm (ngành công nghiệp sản xuất mỳăn liền, bún, đồ hộp thịt, nước quả...) [21, 22, 23].
- Trong công nghệ sản xuất bánh kem xốp hiện đại γ-PGA được thêm vào trong nguyên liệu làm kem cùng với chất nhũ hóa nhằm làm tăng tính chất nhũ hóa,
ổn định sản phẩm kem xốp, và tăng cường tính chất của kem giữa hai mặt bánh, giảm độ dày của lớp kem giữa hai lớp bánh mà không ảnh hưởng đến chất lượng bánh [21, 23].
- Trong đồ uống từ quả tươi thường xảy ra hiện tượng đắng khi các mono- diglyceride kết hợp với polycarboxylic acid hoặc muối của acid đó, γ-PGA khi được
thêm vào có tác dụng giảm độ đắng do hỗn hợp những ester này gây nên. Không những vậy, nó còn có tác dụng ổn định hệ cấu trúc nhũ hóa trong sản phẩm giúp sản phẩm không bị phân lớp trong thời gian bảo quản [21, 23].
- Poly γ- glutamic acid là thành phần có trong kẹo cao su, kẹo và đồ uống có tác dụng chống hôi miệng, ngăn ngừa sâu răng mà không làm giảm hương vị của thực phẩm. Tác dụng này của γ-PGA được so sánh cao hơn nước muối sinh lý 30 – 35% [21].
2.5. Cơ chế tạo độ nhớt của γ-PGA
γ-PGA với cấu trúc cao phân tử, khi ở trong môi trường có chất hòa tan sẽ dễ
dàng tạo iên kết tĩnh điện, liên kết hydro và liên kết London. γ-PGA sẽ giữ các chất hòa tan ở dạng huyền phù lơ lửng, làm tăng độ nhớt và tăng độ ổn định của khối dịch. Ngoài ra γ-PGA còn có khả năng là giảm vịđắng trong sản phẩm nước cam ép.
Một số chất ổn định khác:
Carboxy methyl cellulose (CMC): CMC là một polymer và là dẫn xuất cellulose với các nhóm carboxymethyl (-CH2COOH) lien kết với một số nhóm hydroxyl của các gluopyranose monomer tạo nên khung sườn cellulose, nó thường
được sử dụng dưới dạng muối natri carboxymethyl cellulose. CMC tạo dung dich keo với nước, không hòa tan trong ethanol. CMC là chất ổn định nhũ tương, sử
dụng để kiểm soát độ nhớt mà không gel.
Xanthan gum: xathan gum là một loại polysaccharide ngoại bào và có thể được coi như là một dẫn xuất của celluose. Mạch xanthan gum chứa các liên kết 1,4 của β-glucosepyranose và có khả năng làm bền hệ nhũ tương, ổn định khả năng lơ
lửng của các hạt nhỏ.
Agar: agar là một loại polysaccharide được tách ra từ dong biển. Thành phần chính của polysaccharide là β-D-galactopyranose và 3,6-anhydro-α-L- galactopyranose liên kết với nhau tạo bởi liên kết β 1-4 và α 1-3. Agar không tan trong nước lạnh, ơt trạnh thái ẩm có thể tan trong nước ở 250C, nhưng ở trạnh thái sấy khô lại chỉ tan trong nước nóng. Dung dịch agar để nguội sẽ tạo thành gel. Đây là chất tạo gel tốt nhất và có thể tạo gel ở nồng độ thấp (khoảng 0,04%). Khả năng tạo gel và độ bền của gel phụ thuộc vao nồng đọ agar và phân tử lượng trung bình của nó.
Phần 3
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng, hóa chất, thiết bị và phạm vi nghiên cứu
3.1.1. Nguyên liệu
Cam:Cam sành Tuyên Quang Một số nguyên liệu phụ:
- Đường: Đường trắng tinh luyện xuất khẩu của công ty cổ phần mía đường Việt Nam. - Vitamin C 3.1.2. Hóa chất - NaOH 0,1N - Chế phẩm sinh học γ-PGA - CMC - Xanthan - Agar - Dung dịch iôt 0.01N - Axit citric 3.1.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm * Thiết bị thí nghiệm: - Máy say sinh tố
- Nồi chần INOX
- Máy đồng hóa siêu tốc MS: PCN20
- Máy ghép nắp chai: BT 01 – VRQ – BC08 RIFAV - Nồi thanh trùng: AUTOCLAVE - TQ
- Máy đo OD
* Dụng cụ thí nghiệm: dao, vải lọc. bình tam giá, đũa khuấy…
3.1.3. Phạm vi nghiên cứu
Quy mô phòng thí nghiệm.
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
3.2.1. Địa điểm nghiên cứu
- Phòng thí nghiệm Trung tâm Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm Hà Nội.
- Phòng thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
3.2.2. Thời gian nghiên cứu
Thời gian từ 12/2013 đến 5/2014
3.3. Nội dung nghiên cứu
Khảo sát đánh giá chất lượng nguyên liệu
* Chỉ tiêu vật lý:
- Khối lượng trung bình quả
- Kích thước trung bình quả
- Tỷ lệ sử dụng cho chế biến (vỏ qủa, thịt quả, hạt trong quả) * Chỉ tiêu hóa sinh:
- Hàm lượng chất khô hòa tan ( 0Bx) - Hàm lượng acid hữu cơ tổng số (%)
Nghiên cứu tỷ lệ phối chế trong quy trình sản xuất nước cam
- Xác đinh tỷ lệ dich quả/sản phẩm. - Xác định tỷ lệ phối trộn γ-PGA. - Xác định tỷ lệđường, axit/sản phẩm
Nghiên cứu chống biến màu nước cam trong quá trình chế biến Xác định chếđộ thanh trùng nước cam
So sánh ảnh hưởng của γ-PGA đến chất lượng nước cam với các chất phụ
gia khác như CMC, xanthangum, agar
Xây dựng quy trình sản xuất nước cam ép có bổ sung γ-PGA
3.4. Phương pháp nghiên cứu
3.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm 1: Khảo sát chất lượng nguyên liệu đầu vào
Thí nghiệm 2: Nghiên cứu xác định tỷ lệ phối chế dịch quả/sản phẩm
Mục đích phối chế thêm nước vào dịch cam nguyên chất nhằm giảm chi phí sản xuất nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng.
Chuẩn bị mẫu: Từ dịch cam thu được sau ép ta tiến hành pha loãng thành các mẫu có tỷ lệ dịch cam ép khác nhau với tỷ lệ như sau:
Công thức Q1 Q2 Q3 Q4
Tỷ lệ dịch cam
nguyên chất (%) 10 20 30 40
Tương ứng các mẫu được bổ sung 10ml, 20ml, 30ml, 40ml, dịch cam nguyên chất. Sau đó các mẫu được bổ sung nước cất tới 100ml. Dùng cốc đong để đo thể
tích các mẫu. Lặp lại thí nghiệm ít nhất 3 lần.
Đánh giá cảm quan chất lượng của dịch cam ở các mẫu về màu sắc, mùi vi, trạng thái bằng phương pháp cho điểm cảm quan. Từđó xác định tỷ lệ phối chế dịch cam nguyên chất thích hợp nhất đảm bảo đồng thời cả về chất lượng và tính kinh tế
của sản phẩm.
Thí nghiệm 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của γ-PGA đến chất lượng của nước cam ép
Tìm tỷ lệ bổ sung chất phụ gia rất cần thiết vì chúng góp phần giữ màu và tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. Tiến hành thực nghiệm bổ sung γ-PGA vào các mẫu nguyên liệu với tỷ lệ khác nhau, song song tiến hành mẫu đối chứng (không bổ sung
γ-PGA):
Bảng 3.2. Tỷ lệ phối trộn γ-PGA trong nguyên liệu
STT Ký hiệu mẫu Tỷ lệ so với nguyên liệu chính (%) 1 P1 0 2 P2 0,05 3 P3 0,1 4 P4 0,15 5 P5 0,2
Lặp lại thí nghiệm ít nhất 3 lần. Tiến hành đánh giá cảm quan về màu sắc, mùi, vị, trạng thái bằng phương pháp cho điểm cảm quan để tìm ra tỷ lệ bổ sung phụ gia hợp lý nhất.
Thí nghiệm 4. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ đường, axit đến chất lượng nước cam
Đối với sản phẩm nước quả, hương vị là một trong những chỉ tiêu quan trọng quyết định đến chất lượng sản phẩm. Trong khi đó tỷ lệ TSS/A (chất khô hòa tan/axit) là một chỉ sốđo bằng tỷ lệ giữa hàm lượng chất khô hoà tan đo bằng chiết quang kế (TSS) với hàm lượng axit (theo citric) được coi là chỉ số quan trọng quyết
định hương vị sản phẩm. Chính vì vậy chúng tôi tiến hành xác định tỷ lệ TSS/A thích hợp đối với sản phẩm nước cam.
Dịch cam sau ép được chia thành các mẫu có tỷ lệ pha loãng thích hợp (là kết quả thí nghiệm 2), Dịch cam sau ép (trước phối chế) qua phân tích đã xác định được TSS và axit, từ đó xác định được lượng đường và axit cần bổ sung để điều chỉnh
đến các hàm lượng chất khô hòa tan và axit hữu cơ (sau phối chế) theo sơđồ sau:
Bảng 3.3. Tỷ lệđường, axit/sản phẩm Mẫu
Trước phối chế Bổ sung Sau phối chế TSS (0Bx) A TSS/A Đường (g) Axit (g) TSS A TSS/A M1 10 0,6 16,7 9 0 M2 0,1 M3 0,2 M4 0,3 M5 10 0,6 16,7 10 0 M6 0,1 M7 0,2 M8 0,3 M9 10 0,6 16,7 11 0 M10 0,1 M11 0,2 M12 0,3 M13 10 0,6 16,7 12 0 M14 0,1 M15 0,2 M16 0,3
Sau đó các mẫu được bổ sung nước cất tới 100g và tiến hành đánh giá cảm quan đối với các mẫu thông qua mức độ ưa thích đồng thời căn cứ vào tỷ lệ TSS/A của các sản phẩm trên thị trường, từđó tìm được hàm lượng chất khô hòa tan tổng số thích hợp và tìm ra được tỷ lệ TSS/A thích hợp cho sản phẩm nước cam.
Thí nghiệm 5: Nghiên cứu chống biến màu nước cam
Với các loại nước quả thì màu sắc là yếu tố rất quan trọng vì vậy, mà để giữ được màu sắc của nước quảổn định trong thời gian bảo quản và tới tay người tiêu dùng là điều rất cần thiết. Vì vậy, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu chống biến màu nước cam trong quá trình chế biến bằng cách bổ sung hóa chất, cụ thể là