Gelatin đƣợc sử dụng rộng rãi vì tính chất vật lí của nó hơn là giá trị dinh dƣỡng của một protein. Nhiệt độ tan chảy của gelatin dƣới 37oC nên dễ dàng hòa tan và tan đƣợc cả trong miệng.
Dung dịch trong nƣớc của gelatin có thể đƣợc điều chế bằng 1 trong 3 phƣơng pháp:
Phƣơng pháp qui ƣớc: đầu tiên, cho gelatin trƣơng nở trong nƣớc lạnh rồi hòa tan bằng cách gia nhiệt.
Phƣơng pháp tốc độ cao: hòa tan gelatin trong nƣớc nóng có kết hợp khuấy với tốc độ cao thích hợp.
Phƣơng pháp gián tiếp: cho gelatin trƣơng nở trong nƣớc lạnh rồi hòa tan trực tiếp với các nguyên liệu khác.
Việc lựa chọn phƣơng pháp thích hợp nhất dựa vào cỡ hạt, độ bền gel, độ nhớt, nồng độ và thời gian hòa tan.
Dựa vào chức năng có thể phân chia các ứng dụng cùa gelatin: tác nhân tạo gel, chất ổn định, chất nhũ hóa, chất tạo độ đặc, chất keo, tác nhân liên kết, tác nhân lọc.
1.5.1.1 Bánh kẹo
“Thạch” dùng để tráng miệng: thành phần bao gồm đƣờng saccharose, glucose, syrup đƣờng nghịch đảo, gelatin, dịch trái cây, chất đệm, màu và mùi. Toàn bộ hỗn hợp đƣợc hòa tan trong nƣớc nóng sau đó đem làm nguội để tạo nên sản phẩm thạch mềm dai và trong. Sản phẩm này rất đƣợc ngƣời Anh và ngƣời Bắc Mĩ ƣa chuộng.
Kẹo “thạch”: có thành phần nguyên liệu tƣơng tự thạch nhƣng đƣợc đổ trong khuôn. Hàm lƣợng gelatin trong kẹo khoảng 6 9%. Gelatin loại A có Bloom khoảng 150 250 thƣờng đƣợc sử dụng nhiều hơn do có độ nhớt thấp. Kẹo sau đó đƣợc lấy ra khỏi khuôn và xử lí bằng nhiều cách khác nhau để tránh việc chúng dính lại với nhau. Có thể thay đổi cấu trúc cũng nhƣ độ cứng của sản phẩm bằng cách thay đổi lƣợng gelatin (càng nhiều gelatin sản phẩm càng dai) hoặc thay gelatin có độ bền gel khác nhau. Có thể kết hợp gelatin với các chất ổn định hoặc các tác nhân tạo gel khác:
Gelatin, agar, pectin: kết c ấu dòn, dễ vỡ.
Gelatin, tinh bột biến tính: kết cấu kém đàn hồi.
Gelatin, gum Arabic: kết cấu cứng, chắc.
Marshmallow: kẹo marshmallow có thể đổ khuôn hay kéo tạo hình. Hàm lƣợng gelatin dùng trong marshmallow khoảng 2 5%, là loại gelatin có độ bền gel cao. Khả năng kéo giãn có thể phụ thuộc vào:
Loại và chất lƣợng gelatin dùng: tính cứng của marshmallow tỉ lệ thuận với hàm lƣợng gelatin dùng, gelatin có độ bền gel càng cao thì marshmallow có cấu trúc càng giòn, xốp bông.
Tỉ lệ đƣờng: mạch nha.
Kẹo mềm trái cây: gelatin dùng để tạo bọt, điều khiển quá trình kết tinh của saccharose, tăng tính mềm, …
Gelatin còn đƣợc sử dụng nhƣ một phụ gia tạo cấu trúc trong sản xuất bánh kẹo không chứa đƣờng. Trong nhiều năm, ngành công nghiệp bánh kẹo đã và đang thử nghiệp để thay thế đƣờng và mạch nha nhằm tạo ra các loại bánh kẹo ít năng lƣợng phù hợp cho ngƣời ăn kiêng. Ngày nay, polyol là chất thay thế duy nhất đƣợc sử dụng để vừa tạo cấu trúc, hình dáng đồng thời giảm độ ngọt cho sản phẩm. Các polyol có thể là manitol, sorbitol, xylitol – sản phẩm thủy phân tinh bột. So với công thức cổ điển, do tính hút ẩm cao của các polyol, cần thiết phải bổ sung 10 15% gelatin.
Trong trƣờng hợp bánh kẹo với gelatin là tác nhân tạo gel chính, cần lƣu ý đến loại và lƣợng đƣờng sử dụng vì chúng ảnh hƣởng đến cấu trúc của sản phẩm cuối cùng.
Trong kẹo, gelatin có vai trò là chất tạo bọt (làm giảm sức căng bề mặt của pha lỏng), chất ổn định (tạo độ bền cơ học cần thiết tránh biến dạng sản phẩm), chất liên kết (liên kết một lƣợng lớn nƣớc kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm).
Bảng 1.15 Các loại gelatin dùng trong thực phẩm Sản phẩm Nồng độ sử dụng Độ Bloom Sữa và các sản phẩm từ sữa 0.2 1.0% 150 250 Thực phẩm đông lạnh 0.1 0.5% 225 250 Thực phẩm tráng miệng 7 9% 175 275 Các loại bánh kẹo: Kẹo dẻo 7 9% 200 275 Kẹo bông 1.7 2.5% 225 275 Kẹo đậu hình tròn 2.0 2.5% 225 250 Kẹo viên hình thoi 0.5 1.0% 50 100
Bánh quế 0.5 1.0% 50 100
Bánh mì và đƣờng phủ 1.0 2.0% 225 250 Thực phẩm từ thịt 1.0 5.0% 175 275 Rƣợu, bia, nƣớc trái cây 0.002 0.015% 100 200
Bảng 1.16 Chức năng của gelatin trong các sản phẩm thực phẩm
Chức năng Ứng dụng
Tạo gel Thực phẩm dạng gel, bánh kẹo, pate…
Tác nhân tạo xốp Kẹo bông, kẹo nuga, kem phủ, trứng chiên phồng, kem trứng
Bền hệ keo Bánh kẹo, kem, đƣờng phủ, thực phẩm đông lạnh Tác nhân liên kết Sữa, bánh kẹo, pho mai, thịt hộp
Tác nhân làm trong Berr, rƣợu, nƣớc trái cây, vinegar Tạo màng Bao trái cây, thịt
Tạo đặc Hỗn hợp thức uống dạng bột, nƣớc thịt, nƣớc canh thịt, kẹo jelly, syrup, sữa, … Chất mang Có vai trò là chất mang trong phản ứng encapsul để bảo vệ các chất màu, các hƣơng liệu và vitamin. Nhũ tƣơng Nƣớc xốt, thịt dạng paste, kem phủ, bánh kẹo, sữa Chất ổn định Pho mai, yogurt, đƣờng phủ, thực phẩm đông lạnh, chocolate sữa Chất dính Bánh kẹo, sản phẩm thịt
1.5.1.2 Các sản phẩm từ sữa
Gelatin đƣợc sử dụng nhƣ một phụ gia tạo cấu trúc trong công nghiệp sữa và các sản phẩm từ sữa. Gelatin có thể đƣợc bổ sung vào sữa trƣớc khi lên men và điểm tan chảy thấp của chúng (< 37oC) tạo cho sản phẩm cuối cùng cảm giác đặc trƣng trong miệng.
Yogurt: gelatin giúp cải thiện cấu trúc cuả yogurt đã lên men mà không làm ảnh hƣởng đến vị đặc trƣng của sản phẩm. Độ cừng của sản phẩm cuối cùng chủ yếu phụ thuộc vào lƣợng gelatin đƣợc bổ sung. Gelatin đƣợc sử dụng chủ yếu để tránh hiện tƣợng tách lỏng cu3awhey trong suốt quá trình xử lí và bảo quản, đặc biệt thích hợp để bổ sung vào yogurt trái cây – sản phẩm sẽ xảy ra hiện tƣợng tách lỏng nếu không có chất ổn định.
Sữa lên men có xử lí nhiệt: một số loại nƣớc có khuynh hƣớng kéo dài thời gian bào quản của một vài loại yogurt nào đó hoặc của sữa lên men bằng cách thanh trùng sau khi ủ chín. Quá trình thanh trùng tuy kéo dài thời gian bảo quản nhƣng lại làm mất tính ổn định của cấu trúc sản phẩm dẫn đến hiện tƣợng tách nƣớc. Việc bổ sung hỗn hợp gelatin và tinh bột trƣớc khi thanh trùng sẽ giúp tạo cấu trúc tốt và ngăn ngừa đƣợc bất kì sự tách lỏng nào. Cấu trúc của sản phẩm chỉ đƣợc ổn định bởi gelatin rất dễ bị biến đổi ở nhiệt độ bảo quản nên sự kết hợp giữa gelatin và tinh bột (0.4 0.6% gelatin và 1 1.5% tinh bột biến tính) giúp đạt hiệu quả cao hơn trong đó tinh bột biến tính ổn định độ nhớt từ 5 20oC và điều này giúp tránh đƣợc nguy cơ tách lỏng.
Sữa: gelatin có vai trò nhƣ một chất ổn định và có thể đƣợc sử dụng riêng hoặc kết hợp với các chất tạo gel khác nhƣ carrageenan, yêu cầu phải tan trong suốt quá trình xử lí nhiệt sữa, không làm tăng độ nhớt và tạo đƣợc gel khi làm nguội sản phẩm.
Kem: gelatin giúp tạo cấu trúc mềm mại cho sản phẩm, ngăn cản quá trình tách lỏng khi làm lạnh đông kem. Sử dụng kết hợp với các chất ổn định khác nhằm tạo độ tan chậm nhờ điều chỉnh độ nhớt của hỗn hợp, làm bền hệ nhũ tƣơng, tránh tạo tinh thể đá khi bảo quản.
Bảng 1.17 Đặc điểm gelatin dùng trong sản phẩm sữa
Ứng dụng Độ bền gel
(Bloom) Độ nhớt trung bình Tỉ lệ dùng (%)
Kem Kem phủ
Kem ăn tráng miệng Flan, pudding Đánh trứng, tạo bọt Yogurt Sản phầm fresh – curd Sữa 150 250 150 250 150 250 150 250 150 250 100 150 150 250 150 250 X X X X X X X X 0.2 0.5 0.2 0.6 0.2 1.0 0.2 2.0 0.2 3.0 0.2 2.0 0.2 2.0 0.2 2.0 1.5.1.3 Công nghiệp thịt
Các sản phẩm thịt giữ một vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm ở nhiều quốc gia. Gelatin thu đƣợc từ nguyên liệu động vật và có thể xem nhƣ một thành phần tự nhiên của protein thịt trong các sản phẩm từ thịt.
Thịt hun khói: gelatin đƣợc bổ sung vào thịt hun khói trong quá trình chế biến. Bột gelatin hấp thu nƣớc trong thịt và trong quá trình chế biến sẽ tạo một lớp màng giúp hàn kín khối thịt khi làm nguội. Gelatin tạo gel với lỏng tách ra trong quá trình chế biến, giữ nƣớc bên trong và chung quanh sản phẩm. Gelatin cũng giúp làm cứng chắc các lớp thạch thu đƣợc trực tiếp từ các mô liên kết nhằm tạo vẻ ngoài hấp dẫn và nhát cắt đẹp cho sản phẩm.
Các sản phẩm thịt hộp: gelatin tạo gel với nƣớc thất thoát trong quá trình chế biến và thanh trùng. Gelatin đƣợc sử dụng là loại có độ bền gel cao (khoảng 200 250 Bloom) với lƣợng 0.5 2%.
Đối với các sản phẩm thịt có hàm lƣợng nƣớc và hàm lƣợng chất béo cao rất dễ xảy ra hiện tƣợng tách nƣớc, tách béo ảnh hƣởng tới cấu trúc sản phẩm. Gelatin giúp liên kết nƣớc, làm bền hệ nhũ tƣơng, tạo cấu trúc đồng nhất. Lƣợng gelatin sử dụng phụ thuộc vào sự có mặt của các tác nhân liên kết khác.
Bảng 1.18 Đặc điểm gelatin dùng trong sản phẩm thịt và vài sản phẩm khác Ứng dụng Độ bền gel (Bloom) Độ nhớt cao Độ nhớt trung bình Tỉ lệ dùng (%) Công nghệ thịt Thịt đông Thịt hộp Làm chất kết tinh Làm màng bao Sản phẩm từ cá Làm chất kết dính Làm chất đông Rƣợu 150 250 150 250 150 250 150 250 150 250 150 250 75 125 X X X X X X X X X X 3 15 1 2 0.5 3 5 20 0.5 3 3 15 1.5.2Công nghiệp dƣợc phẩm
Gelatin là thành phần của viên ngậm, thuốc đạn, dung dịch đẳng trƣơng chứa từ 0.5 0.77% gelatin hoặc gelatin là thành phần của một loại thuốc sát trùng đƣợc sử dụng nhƣ nƣớc mắt nhân tạo. Những ứng dụng tiêu biểu của gelatin trong công nghiệp dƣợc phẩm nhƣ:
Viên bao nang: viên bao nang gồm 2 loại là vỏ cứng và vỏ mềm. Viên bao nang cứng đƣợc làm từ gelatin có 2 phần là phần thân và phần nắp, cả 2 phần đều có hình trụ và phần nắp bao khớp vào phần ngoài thân. Chúng đƣợc tạo ra bằng cách nhúng khuôn kim loại vào dung dịch gelatin đang nóng. Gelatin sẽ tạo gel và tạo nên một lớp màng liên tục xung quanh khuôn. Lớp màng sẽ đƣợc sấy khô và lấy ra khỏi khuôn. Chỉ có một số ít những công ty chuyên sản xuất viên bao nang từ gelatin, cung cấp chúng cho công nghiệp dƣợc phẩm để cho vào bên trong những hoạt chất với liều lƣợng thích hợp tạo thành viên thuốc hoàn chỉnh. Gelatin đƣợc ứng dụng làm viên bao nang trong dƣợc phẩm trong khoảng 20 năm gần đây và chủ yếu là ở Châu Âu. Hiện nay, lƣợng tiêu thụ trên thế giới ƣớc tính hàng năm khoảng 100000 triệu viên.
Viên bao nang cứng, thành của viên bao nang đòi hỏi phải bền và cứng nên cần thiết phải sử dụng gelatin có độ bền gel cao và độ nhớt dung dịch giúp điều chỉnh độ dày của thành viên bao. Nhiệt độ của dung dịch phải đƣợc giữ ổn định ở 45 55oC nhằm duy trì độ nhớt không đổi.
Bảng 1.19 Chất lƣợng gelatin dùng sản xuất bao nang cứng trong công nghiệp dƣợc phẩm
Đặc điểm Loại A Loại B
Độ bền gel 240 300 200 250
Độ nhớt (mp) 44 55 45 60
pH 4.5 5.5 5.3 6.5
Tổng VSV hiếu khí (cfu/g) < 1000 < 1000
E.coli Không Không
Salmonella Không Không
Viên bao nang mềm sử dụng gelatin có độ bền gel thấp hơn, thông thƣờng khoảng 150 250 Bloom có bổ sung chất hóa dẻo (sorbitol, propylenglycol, sacchrose và thƣờng gặp nhất là glycerine).
Bảng 1.20 Chất lƣợng gelatin dủng sản xuất bao nang mềm trong công nghiệp dƣợc
phẩm
Đặc điểm Loại A Loại B
Độ bền gel 150 200 125 175
Độ nhớt (mp) 25 35 30 45
pH 4.5 5.5 5.3 6.5
Tổng VSV hiếu khí (cfu/g) < 1000 < 1000
E.coli Không Không
Salmonella Không Không
Ngoài ra trong nha khoa, gelatin còn có trong thành phần của bọt biển sử dụng để thấm và cầm máu.
1.5.3Công nghiệp hình ảnh
Gelatin đƣợc sử dụng trong nhiếp ảnh với 3 chức năng: Tác nhân liên kết
Tạo ra nhũ tƣơng trong đó gelatin hút nƣớc, tạo thành dung dịch khi gia nhiệt và chuyển thành dạng gel khi làm nguội, sau khi chiết hết nƣớc hình thành một trạng thái bền.
Thể tích trƣơng nở của gelatin bảo đảm cho các phản ứng hóc học diễn ra trong suốt quá trình tráng phim.
Gelatin thƣờng đƣợc dùng là geltin loại B, sản xuất từ ossein.
Bảng 1.21 Chất lƣợng gelatin dùng trong công nghiệp hình ảnh
Đặc điểm Giá trị Độ ẩm (%) 10.5 13.0 pH 5.65 5.85 Độ nhớt (mp) 74 95 Độ bền gel (Bloom) 250 310 Hệ số hấp thụ (420 nm) 0.0 0.158 Hệ số hấp thụ (650 nm) 0.0 0.032 Tính giảm nhớt (%) < 5% 1.5.4Các lĩnh vực khác
Gelatin còn đƣợc dùng trong các lĩnh vực nhƣ sản xuất thuốc nhuộm, sơn, mực in, màng polymer…
Trong công nghệ sản xuất giấy và mực in, gelatin dùng trong ảnh bản kẽm và định dạng khổ giấy. Đôi khi còn dùng trong sản xuất một vài loại giấy đặc biệt nhƣ giấy tín dụng của ngân hàng, giấy dán…
Trong công nghệ mạ điện, gelatin giúp tạo ra một lớp màng phủ đồng nhất và mỏng.
Trong công nghệ sinh học, gelatin có thể dùng làm môi trƣờng nuôi cấy vi sinh vật, là nguồn cung cấp nitrogen cho vi sinh vật phát triển…
1.5.5Qui định sử dụng
Do gelatin là môi trƣờng lý tƣởng cho vi sinh vật phát triển nên yêu cầu vệ sinh nghiêm ngặt trong quy trình sản xuất để tránh việc lây nhiễm.
Theo quy định về an toàn thực phẩm, quy trình sản xuất gelatin dùng trong thực phẩm phải đƣợc kiểm soát chặt chẽ bởi HACCP, yêu cầu độ tinh sạch cao, đảm bảo chất lƣợng an toàn vật lý, hoá học, vi sinh.
Gelatin đƣợc dùng nhƣ thực phẩm, không có giới hạn sử dụng vì các lý do:
Nguyên liệu sản xuất gelatin có nguồn gốc từ động vật phải đƣợc bác sỹ thú y kiểm tra và đảm bảo.
Nguồn gốc của các nguyên liệu thô phải đƣợc đảm bảo theo tiêu chuẩn ISO 9000. Quy trình sản xuất gelatin phải đƣợc đảm bảo vệ sinh, độ tinh sạch cao.
Tổ chức y tế thế giới WHO kết luận gelatin là an toàn cho sức khoẻ.
1.6 PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN
Gelatin thƣờng đƣợc sản xuất từ nguyên liệu giàu collagen để giảm chi phí nguyên liệu.
Sự chuyển hóa collagen thành gelatin là điều kiện cần thiết trong quá trình sản xuất. Sự phức tạp của cấu trúc collagen và những cách xử lí khác nhau bằng nhiều phƣơng pháp đƣợc ứng dụng trong sản xuất gelatin đã tạo ra một lƣợng lớn các loại gelatin.
Gelatin thƣơng mại đƣợc chia thành 2 nhóm: gelatin type A thu đƣợc bằng phƣơng pháp acid và gelatin type B thu đƣợc bằng phƣơng pháp kiềm. Một vài loại nguyên liệu nhƣ xƣơng có thể xử lí bằng cả hai phƣơng pháp nhƣng những loại khác nhƣ da lợn chỉ đƣợc xử lí bằng một phƣơng pháp.
Theo Johnston – Banks (1990) thì quy trình sản xuất gelatin gồm 5 bƣớc cơ bản: tiền xử lý, trích ly, tinh sạch, cô đặc và sấy.
1.6.1Quá trình tiền xử lí
Để chuyển hóa collagen không tan thành gelatin tan có 2 phƣơng pháp thƣờng đƣợc dùng:
Dùng acid xử lí ban đầu, gọi là phƣơng pháp acid, tạo thành gelatin loại A. Dùng base xử lí ban đầu, gọi là phƣơng pháp base, tạo thành gelatin loại B.
Quá trình tiền xử lí sẽ giúp chuyển đổi collagen thành dạng thích hợp cho quá trình trích li. Quá trình giúp tạo hiệu quả cho việc bẻ gãy các liên kết ngang cộng hóa trị của collagen để gỉai phóng những chuỗi α tự do, đồng thời giúp loại bỏ các thành phần hữu cơ khác nhƣ máu, đƣờng, chất nhầy... có trong nguyên liệu. Với mỗi phƣơng pháp sẽ tạo ra những đặc tính vật lí và hóa học khác nhau của sản phẩm gelatin tƣơng ứng.
Hiệu quả của quá trình xử lí collagen liên quan đến tỉ lệ liên kết ngang có trong nguyên liệu. Quá trình xử lí bằng acid ít có tác động hơn so với phƣơng pháp dùng base, thƣờng đƣợc dùng cho da heo hay ossein sạch – các loại collagen còn trẻ, chƣa trƣởng thành.
1.6.1.1 Quá trình xử lí bằng acid
Trong thời gian gần đây, quá trình xử lí bằng acid ngày càng trở nên quan trọng ở Châu Âu. Quá trình này thích hợp dùng cho những collagen có ít liên kết ngang cộng