Gelatin trƣơng nở khi đƣợc cho vào nƣớc, hấp thụ một thể tích nƣớc bằng 5 10 lần thể tích của bản thân nó. Khi đƣợc gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn điểm tan chảy, gelatin đã trƣơng nở hòa tan và tạo thành gel khi đƣợc làm nguội. Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dịch và dạng gel có tính thuận nghịch. Tính chất này đƣợc lợi dụng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm.
Ngoài ra, gel của gelatin bắt đầu tan chảy ở 27 340C và có khuynh hƣớng tan trong miệng. Tính chất này đƣơc ứng dụng nhiều trong thực phẩm. Cơ chế cơ bản của sự tạo gel là sự thay đổi ngẫu nhiên của dạng xoắn ốc. Acid amin của các chuỗi polypeptide khác nhau tạo một hình thể xoắn ốc khi làm nguội và các vòng xoắn này đƣợc ổn định nhờ các cầu hydro, tạo gel ba chiều. Sự tạo gel của gelatin đƣợc xem nhƣ sự tái tạo một phần collagen và phần đã đƣợc tái tạo này hoạt động nhƣ một đoạn chức năng của gel.
Quá trình thủy phân có thể đƣợc xúc tiến bởi nhiều tác nhân: acid, base, nhiệt độ, enzyme, vi khuẩn và chiếu xạ, tạo nên sự giảm từng bƣớc trong tính chất tạo gel của gelatin. Phạm vi thủy phân đƣợc xác định bằng cách đo độ bền gel.
Dung dịch 6.667% trong nƣớc
Điều chỉnh pH bằng acid citric hoặc NaOH đến giá trị thích hợp.
Dung dịch đƣợc giữ ở 60oC, 80oC, 100oC trong 3h, 8h, và 24h. Đo độ bền gel theo tiêu chuẩn Anh sau 17h ở 10oC.
Khả năng tạo gel của gelatin trong các loại dung môi khác nhau là khác nhau. Vì vậy khi đánh giá khả năng tạo gel của gelatin cần chú ý điểm này, sau đây là vài loại môi trƣờng cơ bản: gelatin trong nƣớc và gelatin trong dung dịch.
1.4.4.1 Gelatin trong nước
Gelatin trƣơng nở khi đƣợc cho vào nƣớc, hấp thụ một thể tích nƣớc bằng 5 10 lần thể tích của nó. Khi đƣợc gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn điểm tan chảy, gelatin đã trƣơng nở hòa tan và tạo thành gel khi đực làm nguội. Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dịch và dạng gel có tính thuận nghịch. Ngoài ra, gel của gelatin bắt đầu tan chảy ở 27 34oC và có khuynh hƣớng tan trong miệng. các tính chất này đƣợc sử dụng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm.
Quá trình tạo gel gồm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Hấp thụ và trƣơng nở trong nƣớc để tạo dung dịch, xảy ra tốt ở nhiệt độ ấm (45 60oC).
Giai đoạn 2: Tạo các liên kết ngang nối các phân tử gelatin với nhau, thƣờng diễn ra ở nhiệt độ thấp (8 12oC).
Khả năng hấp thụ nƣớc của gelatin phụ thuộc vào đặc điểm nguyên liệu và các yếu tố công nghệ khi tạo gel nhƣ pH, nhiệt độ, nồng độ các chất khác trong dung dịch.
1.4.4.2 pH của dung dịch gelatin
Theo Bonazzi, Ripoche, Michon và Traoré (1997), khả năng khuếch tán nƣớc cao nhất tại pH = 6 với mẫu gelatin loại A. Điều này có thể giải thích do mối liên hệ giữa khả năng trƣơng nở và điểm đẳng điện của dung dịch gelatin. Điểm đẳng điện của dung dịch gelatin trong thí nghiệm khoảng 5.2 nên giá trị pH nào càng gần thì khả năng khuếch tán nƣớc càng cao.
Hình 1.9 Ảnh hƣởng của pH lên khả năng khuếch tán nƣớc và dung dịch gelatin. Thí nghiệm với 3 mẫu ở pH = 4, 6, 8 tại 17oC; D: lƣợng nƣớc khuếch tán (m2/s)
1.4.4.3 Nhiệt độ của dung dịch
Nhiệt độ càng cao thì khả năng khuếch tán của nƣớc càng mạnh.
Độ bền gel của dung dịch gelatin phụ thuộc vào khả năng hấp thụ nƣớc của gelatin và khả năng hình thành liên kết ngang giữa các phân tử gelatin.
Thời gian để ổn định dung dịch gel hình thành liên kết ngang, còn gọi là thời gian trƣởng thành, càng dài thì độ bền gel càng lớn.
Hình 1.10 Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên khả năng khuếch tán nƣớc vào dung dịch gelatin. Thí nghiệm với 2 mẫu ở nhiệt độ 10oC và 24 oC tại pH = 4.6
Hình 1.11 Độ bền gel của các loại gelatin từ heo, da cá Atlantic salmon và Atlantic Cá
Theo Babel (1996) và Haug (2004), trong quá trình ổn định, gel đƣợc hình thành nhờ vào cấu trúc xoắn ốc giữa các chuỗi peptide tƣơng tự của collagen và liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các acid amin và phân tử nƣớc. Vì vậy, thời gian ổn định càng dài thì càng hình thành nhiều liên kết nên có độ bền gel càng lớn.
Hình 1.12 Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ và loại gelatin
Trong dung dịch gelatin, nồng độ gelatin càng cao thì gel tạo thành càng chắc nên độ bền gel càng lớn.
1.4.4.4 Gelatin trong dung dịch
Trong công nghiệp sản xuất thực phẩm, gelatin dùng nhiều nhất trong lĩ nh vực bánh kẹo nên dung dịch cần quan tâm hàng đầu chính là dung dịch đƣờng saccharose. Sau đó là xét đến ảnh hƣởng của các phụ gia khác thƣờng dùng kết hợp trong sản phẩm gelatin.
Nhìn chung khả năng tạo gel của gelatin tăng khi có mặt các loại polymer k hác nhƣ methylcellulose, tinh bột, … (theo Marrs, 1982).
1.4.4.5 Dung dịch đường saccharose
Nhƣ đã trình bày, gel đƣợc hình thành nhờ vào cấu trúc xoắn ốc của các chuỗi peptide. Và theo Toltoguzov (1974), khi có mặt dextran thì việc tái tạo lại cấu trúc này sẽ dễ dàng và nhanh hơn.
Thí dụ theo thí nghiệm của Chilvers và Morris (1987) hỗn hợp tạo gel gồm 1 .5g gelatin; 15g saccharose và gellan với các nồng độ khác nhau trong 100ml dung dịch đệm citrate 0.01M tạo pH 4.2 và 4.4. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 1.13 Ảnh hƣởng của pH và nồng độ gellan lên modul tàng trữ gel. Với G‟ là
Khi có mặt gellan càng nhiều thì khả năng tàng trữ năng lƣợng càng tăng và ít làm giảm tính nhớt của gel.
Sự có mặt của polysaccharide sẽ làm gel tạo thành chắc và bền hơn càng đƣợc khẳng định khi thay chất guar đóng vai trò nhƣ chất gellan.
1.4.4.6 Dung dịch pectin
Pectin là sản phẩm phụ của ngành chế biến rau quả, chủ yếu thu đƣợc từ bã ép cà chua và các loại vỏ trái cây citrus, nhiều nhất là vỏ bƣởi và vỏ cam.
Pectin có cấu tạo một polysaccharide đơn giản, pah6n tử có sự lặp đi lặp lại của liên kết este 1 4 giữa methanol và acid α – D – galacturonic.
Dung dịch pectin ở nồng độ 1%, nồng độ gelatin thay đổi từ 1 10%. Với sự có mặt của pectin thì dung dịch có các nồng độ gelatin thấp thay đổi tính chất không đáng kể. Gel tạo thành mềm và ít dai hơn nhƣng tăng modul tàng trữ và ít mất tính nhớt.
1.4.4.7 Dung dịch agar
Agar là một loại polysaccharide có nguồn gốc từ tảo. Cấu trúc chính của agar là D – galactose và 3.6 – anhydro – L – galactose.
Hỗn hợp của gelatin và agat thƣờng đƣợc bổ sung vào kẹo nhằm tạo ra dạng kẹo mềm có cấu trúc giống “thạch”. Năm 1983, Clack và cộng sự đã thực hiện thí nghiệm về ảnh hƣởng của nồng độ gelatin trong dung dịch agar. Mẫu thí nghiệm đƣợc tạo thành bằng cách hòa tan agar 1% trong nƣớc trƣớc rồi làm nguội về 45oC mới cho gelatin vào sau với nồng độ thay đổi từ 1 5%. Kết quả cho thấy khi có mặt agar, gelatin tạo thành gel tốt hơn vì agar đóng vai trò là chất hỗ trợ, chất nền cho quá trình hòa tan gelatin. Tuy nhiên khi nồng độ gelatin quá cao, cao hơn 2.5% thì vai trò này sẽ bị đảo ngƣợc lại.
Kết hợp hai chuỗi polymer lại đã hình thành nhiều liên kết nên tính chất của gel cũng thay đổi. Hỗn hợp này có tính cứng và bền hơn so với gel tạo thành từ gelatin thì lại mềm hơn gel tạo từ agar.
Hình 1.15 Cấu trúc mạng gel khi gelatin phối hợp với agar