1. SƠ LƯỢC VỀ PHỤ GIA TẠO GEL
3.2 Phương pháp sử dụng gellan gum
3.2.1. Nhu cầu sử dụng Gellan gum
Gellan là chất phụ gia, chất tạo nhũ hóa, chất tạo đặc, chất ổn định, là tác nhân làm đông, môi trường nuôi cấy, chất tạo màng và bôi trơn. Gellan được ứng dụng rộng rãi trên 20 lĩnh vực như là thực phẩm, mỹ phẩm, chất tẩy rửa, đồ gốm,…
Trong thực phẩm: các loại nước uống, bánh kẹo, keo pectin, sản phẩm chế biến sẵn, thức ăn cho thú nuôi, các sản phẩm sữa…
Trong y dược: thuốc nhỏ mắt, viên nang cứng hoặc mềm…
Nông nghiệp: sustained-release fertilizer Lĩnh vực khác: môi trường vi sinh, môi trường nuôi cấy, phim ảnh…
Tác nhân tạo đông
Gellan gum được ứng dụng rộng trong quá trình sản xuất thạch. So với
sodiumalginate, agar, gelatin và carrageen, thạch được sản xuất bởi bột thạch từ gellan gum sẽ trong và giòn hơn.
Trong kem
Gellan gum được sử dụng trong kem như là chất ổn định, dùng một lượng rất ít có thể giúp duy trì được hình dạng của kem. Hiệu quả sẽ tốt hơn nếu sử dụng gellan cùng với một số chất ổn định khác. Thông thường sử dụng ở mức độ 0.1% – 0.2%. Sự kết hợp của gellan với các chất gum khác được ứng dụng trong sản xuất nhiều sản phẩm như nước hoa quả, kem tráng miệng, kem cao cấp,…
Các sản phẩm sữa
Gellan gum có thể trực tiếp thực hiện hydrate hóa trong sữa khi được gia nhiệt tới 75 ºC. Gellan có thể được dùng trong các sản phẩm sữa để thay thế cho carrageen, gelatin, sodium agrinate, pectin và carboxymethyl cellulose (CMC). Gellan gum kháng nhiệt tốt và có thể cải thiện chất lượng sản phẩm, độ acid trong sữa. Ví dụ như yogurt, sữa chua,… Sự kết hợp của gellan, CMC và guar gum có thể tránh sự kết tủa protein sữa và gia tăng sự ổn định của sản phẩm.
Môi trường nuôi cấy mô
Gellan gum được sử dụng trong môi trường nuôi cấy mô với nồng độ khuyến cáo là 2–3g/l môi trường.
Air fresher
Hiện nay, gellan gum là chất làm sạch không khí được sử dụng rộng rãi trong xe ôtô.
3.2.2.Ứng dụng trong thực phẩm
Bảng Ứng dụng của gellan gum trong thực phẩm.
Water-based gels Confectionery
Jam and marmalades Pie fillings and puddings Fabricated foods
Pet foods Dairy products
Dessert gels, aspic Pectin jellies, fillings, marshmallow
Diet jams, imitation jams, bakery fillings
Desserts, pie filling, canned/precooked puddings
Restructured meat, fruits and vegetables
Canned / gelled pet foods Yogurt, milk shakes, gelled milk, ice cream
Gelatin, alginate, carrageenan
Pectin, gelatin, starches, agar, xanthan, locust been gum
Pectin, carrageenan, algin Alginate, carrageenan, starches
Alginate, carrageenan, locust been gum
Alginate, carrageenan, locust been gum
Alginate, carrageenan, locust been gelatin
Bảng cho thấy gellan gum được ứng dụng trong nhiều loại thực phẩm khác nhau. Gellan gum có khả năng tạo cấu trúc gel cao nên không chỉ được ứng dụng trong thực phẩm, mà còn rất phù hợp để sử dụng trong hệ thống cung cấp cho cơ thể và làm tăng giá trị cảm quan hơn khi sử dụng gelatin. Trong một số sản phẩm, người ta rất mong muốn sử dụng gellan gum kết hợp với hydrocolloid khác như locust been gum, xanthan gum, guar gum và tinh bột biến tính để có được kết cấu sản phẩm tối ưu và ổn định
Bánh kẹo
Gellan gum có thể được sử dụng trong bánh kẹo và sản phẩm bánh mì. Chức năng chính của gellan gum trong các sản phẩm bánh kẹo là cung cấp cấu trúc và kết cấu để giảm thời gian thiết lập của thạch tinh bột. Thạch tinh bột thường mất từ 24 đến 48 giờ để thiết lập, trong khi với việc xuất hiện của của gellan đã làm giảm thời gian thiết lập xuống
có đường hay lớp kem trên bề mặt bánh và yêu cầu gellan gum và nồng độ gellan gum cần thiết cho các sản phẩm này chỉ bằng 1/5 so với các agar thông thường. Ngoài ra gellan còn có thể ngăn ngừa sự chảy nước của đường, sự đóng băng…
Chất làm trong gel
Gellan gum cung cấp chất tạo gel cho món tráng miệng với các đặc điểm cảm quan tương tự như khi sử dụng gelatin. Việc sử dụng gellan gum có độ trong suốt cao được ưa thích hơn trong ứng dụng này và kết quả là gel có độ trong của nước. Điều này rất được người tiêu dùng mong muốn trong chế biến món thịt và rau quả đông. Hơn nữa, nhiệt độ nóng chảy của gel được gia tăng do bổ sung các gellan gum giúp gel vẫn mềm và ngon ngọt mà không tan chảy và mất đi hình dạng ban đầu của chúng. Đối với những loại ứng dụng này thì mức giá trị khoảng 0.3% gellan gum được cho là lý tưởng.
Jams và Jellies
Gellan có thể thay thế thành công pectin trong jams và đạt hiệu quả ở nồng độ thấp (khoảng 0.4% của gellan so với 0.6% của high methoxypectins và 0.8% low
methoxypectins). Trong các sản phẩm này, sự đông đặc được giảm đến mức tối thiểu, trong khi jams đạt được giá trị cảm quan và độ tan chảy tốt. Độ cứng thấp và các loại jams ít calorie với màu sắc rực rỡ có thể được chuẩn bị với chỉ 0.15% gellan tinh chế.
Nhân bánh và bánh pudding
Gellan gum có thể được sử dụng như một tác nhân cơ cấu để thay thế một phần tinh bột trong các loại nhân bánh và bánh pudding. Ngoài ra, gellan trong hỗn hợp bao gồm tinh bột biến tính có thể được sử dụng như một chất ổn định và cấu tử nước liên kết, ngăn ngừa "hiệu ứng đông cứng” của tinh bột có thể ảnh hưởng đến hương vị của thực phẩm.
Thực phẩm chế biến sẵn
Mẫu trái cây được chế biến sẵn hoặc khối thịt, bao gồm cả thức ăn cho vật nuôi cũng thuộc loại thực phẩm chế biến sẵn. Nhiều gum đã được sử dụng để cung cấp một hình thức cấu trúc sau khi trải qua quá trình xử lý nhiệt và làm mát. Bởi vì gellan gum tạo ra cấu trúc không tan chảy trong suốt quá trình thanh trùng, nên các mẫu vẫn giữ lại hình
dạng đặc trưng của chúng theo các điều kiện xử lý. Đối với ứng dụng, mức giá trị 0.7% gellan là cần thiết trong khi đối với carrageenan/locust been gum là 1%.
Các sản phẩm sữa
Các hydrocolloid tích điện âm như gellan hoặc carrageenan tương tác với các protein sữa tích điện dương, dẫn đến chúng bị kết tủa. Đây là điều không mong muốn khi các giải pháp đồng nhất/gel của protein sữa và gellan được yêu cầu, và điều này có thể được ngăn chặn nếu hydrocolloid được xử lý trước để trung hòa điện tích âm của chúng. Tuy nhiên, trong các sản phẩm sữa khác như phô mai, các tương tác của gellan với protein trong sữa, đặc biệt là casein và lactoglobulins sữa, làm tăng tổng sản lượng pho mai và giảm bớt thiệt hại của các chất rắn (chủ yếu là protein) trong sữa. Ngoài ra, khả năng giữ nước trong quá trình làm pho mai được tăng cường sau khi bổ sung gellan với sữa. Mức sử dụng gellan gum một lần nữa vẫn rất thấp (250–750 ppm). Kem là một sản phẩm từ sữa có thể được cải thiện bằng cách thêm gellan, vì nó hoạt động như một tác nhân làm tăng thể tích.
Thực phẩm cho thú nuôi
Một số lượng lớn các thức ăn vật nuôi thương mại ở dạng khô, nửa rắn hay đóng hộp. Polysaccharides tạo gel thường được sử dụng cho để tạo độ cứng chắc cho các sản phẩm đóng hộp. Mục đích của polysaccharides tạo gel trong những trường hợp này là định hình để giúp giữ được hình dạng khi chế biến. Đặc tính hình thái gel của gellan gum và mức hiệu quả ở nồng độ thấp khiến nó trở thành một nguyên liệu lý tưởng cho ứng dụng này
3.2.3. Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác
Giảm hấp thu dầu trong khi chiên
Khả năng sử dụng gellan kẹo cao su để giảm sự hấp thu dầu đã được nghiên cứu và báo cáo. Hấp thụ dầu trong khi chiên là một hiện tượng bề mặt. Sự gia tăng các chất kị nước trên bề mặt sẽ cho kết quả hấp thụ dầu tăng trong khi chiên. Khả năng của gellan gum làm giảm sự hấp thu dầu, điều này có thể là do đặc tính ưa nước của nó. Bajaj và
trong một phương pháp chiên sâu truyền thống của người Ấn Độ, sản phẩm được gọi là SEV và nó phụ thuộc vào bột đậu xanh. Việc thêm 0.25% (theo khối lượng) gellan gum vào bột đậu xanh để làm giảm hàm lượng dầu của SEV bằng 24.6%. Ảnh hưởng của việc bổ sung các gellan gum trên kết cấu của bột và SEV cũng đã được nghiên cứu. Bổ sung các gellan gum đã thay đổi đáng kể kết cấu của bột, nhưng không phải là kết cấu của SEV.
Điện di gel trong ngành nghiên cứu sinh học
Bằng phương pháp điện di gel của gellan có thể được sử dụng như là một giá thể rắn trong việc tách các mảnh DNA dựa vào kích thước khác nhau. Điện di gel được ứng dụng rộng rãi và là tiến trình then chốt trong sinh học phân tử. Gel điện di dựa trên gellan phải đi kèm với một polymer thứ hai là hydroxymethylcellulose hoặc là polyethylene oxide để giảm hiện tượng điện thẩm. Trong ứng dụng này gellan có thể thay thế cho Agarose tinh chế. Agarose tinh chế khá đắt và hàm lượng sử dụng lại khá cao (1%). Gellan rẻ hơn và chỉ sử dụng 0.125%. Gellan được xem như có tiềm năng trong việc sử dụng trong kĩ thuật y sinh, nhưng phần tử trung tâm của gellan bezyle ester được dùng trong việc kiểm soát cắt vỏ thuốc.
Cố định tế bào
Camelin và cộng sự đã cung cấp một giá thể bền cơ học trong việc cố định tế bào Bifidobacterium longum (gel ổn định cho hơn 150 giờ quá trình lên men trong môi trường whey). Ngoài ra, hoạt tính xúc tác sinh học trong sản xuất acid lactic là rất cao. Wenrong và Griffiths đánh giá khả năng của các hạt gellan–xanthan trong việc bảo vệ
bifidobacteria dưới những điều kiện khác nhau bao gồm cả nước peptone, độ pH=4.0, sữa chua tiệt trùng, và dịch vị được tái tạo và họ thấy rằng cố định của bifidobacteria trong các hạt gel của gellan–xanthan làm tăng tính chịu đựng của chúng trong môi trường acid cao. Cách tiếp cận này có thể hữu ích cho sử dụng gellan gum trong việc cố định các vi sinh vật có lợi probiotic và sau đó chuyển nó vào cơ quan ruột của người
Môi trường nuôi cấy
Loại gellan đã tinh sạch được sử dụng để thay thế Agar trong việc làm môi trường rắn để nuôi cấy vi sinh vật. Môi trường này có thể sử dụng qua nhiều chu trình tiệt trùng và cũng có thể kháng cự với sự đa dạng của enzyme. Nó có cấu trúc giống với cấu trúc
của agar. Trong môi trường lượng gellan sử dụng chỉ là 6g/l so với agar là 15g/l. Nhiều bằng chứng chứng tỏ rằng gellan là môi trường lý tưởng để nuôi cấy mô thực vật.
3.3. Cơ chế tạo gel của gellan gum
Gellan tồn tại dưới dạng những sợi cuộn khi ở nhiệt độ cao. Khi hạ nhiệt độ xuống, các sợi duỗi ra và xoắn kép với nhau tạo ra sợi kép. Sau đó, các sợi kép này tiếp tục liên kết với nhau tạo nên các tinh thể gellan.
Sự hình thành gel của gellan xảy ra nhanh khi nâng và hạ nhiệt độ của dung dịch gellan với sự có mặt của các cation. Ở nhiệt độ thấp, các sợi kép của gellan sẽ hình thành những vòng xoắn có trật tự, trong khi ở nhiệt độ cao xuất hiện các polysaccharide dạng sợi đơn làm giảm độ nhớt của dung dịch. Nhiệt độ chuyển tiếp là khoảng 30–35 °C. Cấu trúc của dịch trở nên cứng dần và hình thành gel khi ở dưới nhiệt độ chuyển tiếp. Các sợi xoắn liên kết với nhau bằng các mối nối và hình thành nên mạng lưới không gian ba chiều bằng cách tạo phức hợp với các cation và liên kết hydro với nước. Trong suốt quá trình làm lạnh, việc bổ sung các cation hóa trị một và hóa trị hai sẽ làm tăng số cầu muối tại mối nối, do đó cải thiện được tính chất tạo gel của gellan.
Sự có mặt của các cation làm cho sự hình thành gel của gellan trở nên rất nhạy. Những cation hóa trị một như Na, K và các cation hóa trị hai như Ca, Mg thúc đẩy sự tạo gel. Điểm nóng chảy của gel sẽ tăng lên khi tăng độ mạnh của ion. Các ion đối như cation tetramethylammonium (TMA) sẽ kìm hãm sự tạo gel. Sự bổ sung các cation thúc đẩy quá trình tạo gel sẽ dẫn đến sự tinh thể hóa những sợi này và hình thành gel bền. Lượng lớn nhóm thế L-glycerate giúp hạn chế sự tinh thể hóa ở một số vùng, vì thế sản xuất ra gel mềm hơn và đàn hồi.
3.4. Phương pháp kiểm tra gellan gum3.4.1. Định tính 3.4.1. Định tính
Tạo gel với ion calci
Cho 1,0 g mẫu vào 99 ml nước và khuấy trong 2 giờ, sử dụng máy khuấy có cánh khuấy kiểu chân vịt. Dùng pipet lấy một lượng nhỏ dung dịch này cho vào dung dịch CaCl2 10%. Gel dạng sợi dai được hình thành ngay lập tức.
Cho 1,0 g mẫu vào 99 ml nước và khuấy trong 2 giờ, sử dụng máy khuấy có cánh khuấy kiểu chân vịt. Thêm 0,5 g NaCl, gia nhiệt đến 800C đồng thời khuấy, và giữ ở 800C trong 1 phút. Để dung dịch nguội đến nhiệt độ phòng. Gel cứng chắc được hình thành.
3.4.2. Độ tinh khiết
Isopropyl alcol
Du
n g d ịch c h u ẩ n is op r op y l a lcol (I P A ) :
Cho 500,0 mg isopropyl alcol đạt tiêu chuẩn dùng cho sắc ký vào bình định mức dung tích 50 ml, pha loãng tới thể tích 50 ml bằng nước và lắc đều. Dùng pipet lấy 10 ml dung dịch này cho vào bình định mức dung tích 100 ml, pha loãng đến thể tích 100 ml bằng nước và lắc đều.
Du
n g d ịch c h u ẩ n te rt - bu t y l a lcol ( T B A ) :
Cho 500,0 mg tert - butyl alcol đạt tiêu chuẩn dùng cho sắc ký vào bình định mức dung tích 50 ml, pha loãng tới thể tích 50 ml bằng nước và lắc đều. Dùng pipet lấy 10 ml dung dịch này cho vào bình định mức dung tích 100 ml, pha loãng đến thể tích 100 ml bằng nước và lắc đều.
Du
n g d ịch h ỗ n h ợ p c h uẩn:
Dùng pipet lấy 4 ml mỗi dung dịch chuẩn IPA và TBA cho vào bình Erlenmeyer dung tích 125 ml, pha loãng tới 100 ml bằng nước và lắc đều. Dung dịch này gồm khoảng 40 μg/ml mỗi loại isopropyl alcol và tert – butyl alcol.
Chuẩn bị mẫu:
Cho 1 ml nhũ tương chống tạo bọt thích hợp như Dow- Corning G-10 hoặc loại tương đương vào 200 ml nước được đựng trong bình chưng cất đáy tròn dung tích 1.000 ml. Thêm vào 5 g mẫu và lắc bình trong 1 giờ trên máy lắc có xoáy. Nối bình với cột phân đoạn và cất khoảng 100 ml; điều chỉnh nhiệt để bọt không trào vào cột. Thêm 4,0 ml dung dịch chuẩn TBA vào dịch cất để có được Dung dịch mẫu thử.
Bơm 5 μl dung dịch hỗn hợp chuẩn vào thiết bị sắc ký khí được trang bị detector ion hoá ngọn lửa và cột được làm bằng thép không rỉ, kích thước 1,8 m x 2,3 mm, được nhồi Porapak QS 80/100 mesh hoặc loại tương đương. Khí mang là He với tốc độ dòng 80 ml/phút. Nhiệt độ buồng bơm mẫu 2000C, nhiệt độ cột 1650C và nhiệt độ detector 2000C. Thời gian lưu của isopropyl alcol khoảng 2 phút, và của tert – butyl alcol khoảng 3 phút.
Xác định diện tích các pic của IPA và TBA và tính hệ số đáp ứng f = AIPA/ATBA, trong đó AIPA là diện tích pic của isopropyl alcol và ATBA là diện tích pic của tert – butyl alcol.
Tương tự, bơm 5 μl dung dịch mẫu thử và xác định các diện tích pic, ghi lại diện tích pic của isopropyl alcol là aIPA và diện tích pic của tert – butyl alcol là aTBA.
Tính kết quả: hàm lượng isopropyl alcol (mg/kg) trong mẫu được tính theo công thức sau:
(aIPA x 4.000)/(f x aTBA x W)
Trong đó W là khối lượng mẫu phân tích (g)
Chì
- Thử theo JECFA monograph 1 - Vol.4.
- Xác định bằng kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử thích hợp cho hàm lượng