gell của gellan.
Cơ chế tạo gel của gellan
3.1. Giải thích cơ chế
Khi ở nhiệt độ cao, gellan tồn tại dưới dạng những sợi cuộn. Khi hạ nhiệt độ xuống, các sợi duỗi ra và xoắn kép với nhau tạo ra sợi kép. Và 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 chóng 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 30-350C. Dưới nhiệt độ chuyển tiếp, cấu trúc của dịch trở nên cứng dần và kết quả là hình thành gel. 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.
Sự bổ sung các cation hóa trị một và hóa trị hai trong suốt quá trình làm lạnh sẽ làm tăng số cầu muối tại mối nối, vì thế cải thiện được tính chất tạo gel của gellan.
Sự hình thành gel của gellan rất nhạy với sự có mặt của loại cation. Những cation hóa trị một như Na, K và các cation hóa trị hai như Ca, Mg thì thúc đẩy sự tạo gel. Và 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 sẽ hạn chế sự tinh thể hóa ở một số vùng, vì thế sản xuất ra gel mềm hơn và đàn hồi.
3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel của gellan
a. Liên kết giữa các phân tử:.
- Độ bền gel phụ thuộc chủ yếu vào lực liên kết giữa các phân tử.
Nếu chiều dài của vùng liên kết dài, lực liên kết giữa các chuỗi sẽ đủ lớn để chống lại áp lực và chống lại chuyển động nhiệt của các phân tử, gel tạo thành sẽ chắc bền. Nếu chiều dài của vùng liên kết ngắn và các chuỗi không được liên kết với nhau mạnh, các phân tử sẽ tách rời dưới tác dụng của áp lực hay sự
tăng nhiệt độ (làm cho các chuỗi polymer chuyển động nhiệt), gel sẽ yếu và không ổn định.
Khi dung dịch đang ở nhiệt độ cao được làm nguội, gellan gum sẽ thay đổi cấu trúc từ vô trật tự sang trạng thái cuộn xoắn có thứ tự. Liên kết chủ yếu trong gel là liên kết Hidro giữa các nhóm -OH. Với LA Gellan gum, các cation hỗ trợ tạo gel như Na+,Ca2+ sẽ giúp cho cấu trúc bậc 2 chuyển thành mạng lưới không gian 3 chiều và làm cho gel loại này cứng và giòn .
Nhóm thế acyl có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của gel HA Gellan gum. HA gum cũng chuyển sang cấu trúc có trật tự hơn nhưng sự liên kết giữa các dạng xoắn bậc 2 phần nào bị giới hạn bởi sự có mặt của nhóm acetyl. Vì vậy, gel của loại gum này có tính mềm dẻo và đàn hồi.
b. Cấu trúc các phân tử:
Cấu trúc phân tử của gellan gum là một polyme bao gồm các đơn phân xếp theo thứ tự thành chuỗi dài như glucose, rhamnose, acid glucurunic. Dạng
high acyl (HA) có sự có mặt của nhóm acetate và glycerate. Cả 2 nhóm này đều được gắn vào phân tử glucose và trung bình cứ 2 phân tử glucose thì có 1 phân tử có gắn thêm nhóm acetate và glycerate. Còn ở dạng low acyl (LA) thì không có nhóm acyl .Nhóm acyl này như đã trình bày sẽ ảnh hưởng đến tính chất của gum: HA gum sẽ có tính dẻo, mềm; còn LA gum sẽ mang tính giòn và cứng. Sau đây là cấu tạo của 2 loại gum trên:
- Những phân tử có nhánh không liên kết với nhau chặt chẽ, vì vậy không tạo những vùng liên kết có kích thước và sức mạnh đủ lớn để tạo thành gel. Chúng chỉ tạo cho dung dịch có độ nhớt và độ ổn định.
- Những phân tử mạch thẳng tạo gel chắc bền hơn. c. Điện tích phân tử:
- Đối với các polysacchride tích điện, lực đẩy tĩnh điện giữa các nhóm tích điện cùng dấu sẽ ngăn cản sự tạo thành liên kết.
- Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiệt độ, pH và sự có mặt của các yếu tố khác trong dung dịch.