4.1.1. Các bước của quá trình hòa tan gelatin
Quá trình hòa tan bột gelatin bao gồm một số bước sau: hòa tan bột gelatin, quá trình trương nở của bột gelatin và sự hòa tan của bột gelatin trong nước nóng. Thông thường, quá trình này được thực hiện qua hai giai đoạn: bột gelatin được khuấy trộn vào trong nước lạnh để cho chúng trương nở, sau đó nâng nhiệt để tạo dịch hòa tan. Tuy nhiên quá trình trương nở và hòa tan có thể diễn ra đồng thời khi bột gelatin được khuấy trộn vào trong nước nóng. Quá trình này nếu được thực hiện theo các thông số hợp lý và sử dụng thiết bị phù hợp sẽ ngăn cản được quá trình phân hủy nhiệt của chuỗi protein, quá trình tạo bọt và tạo khối.
4.1.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hòa tan của bột gelatin
Các nhân tố có ảnh hưởng đến quá trình hòa tan của bột gelatin trong các ứng dụng bao gồm:
Kích thước của bột gelatin
Trong quá trình phân tán, bột gelatin được đưa vào chất lỏng với sự khuấy trộn là tối thiểu để mỗi phần riêng lẻ được nhanh chóng bao quanh bởi chất lỏng. Sau đó bột gelatin sẽ trương nở và hấp thụ một lượng nước gấp từ 5÷10 lần khối lượng của chúng. Nước khuyếch tán sẽ xâm nhập vào bên trong các phần đó. Thời gian cần thiết cho quá trình này sẽ phụ thuộc vào diện tích bề mặt của các phần. Khi các phần tử có diện tích bề mặt càng nhỏ thì phần mặt cắt ngang của các phần này sẽ nhỏ. Do đó
chúng sẽ trương nở rất nhanh và hòa tan nhanh vào trong nước nóng. Như vậy thời gian cần thiết cho quá trình hòa tan hòa toàn bột gelatin phụ thuộc rất lớn vào công đoạn nghiền gelatin trong quá trình sản xuất. Hình 4.1 cho thấy các đường cong hòa tan của gelatin có độ Bloom khác nhau nhưng có kích thước giống nhau thì tương tự nhau về bản chất.
Hình 4.31 Đường cong hòa tan của các dạng hạt gelatin cùng kích thước nhưng khác độ Bloom [63]
Hình 4.32 Khả năng trương nở của bột gelatin phụ thuộc vào kích thước bột gelatin ở 18oC [63]
Theo hình 4.2 thì hạt gelatin có kích cỡ 0,1÷0,3mm trương nở trong vòng vài phút ở trong nước lạnh, hạt gelatin có kích cỡ trung bình 0,4÷0,6mm trương nở trong vòng 10 phút và hạt gelatin có kích cỡ lớn hơn sẽ cần đến vài giờ để có thể trương nở hoàn toàn.
Trong trường hợp các phần có kích cỡ nhỏ hơn nữa thì khuynh hướng tạo thành từng tảng của bột gelatin khi cho vào nước sẽ xuất hiện. Để hạn chế thì thường là người ta sẽ hòa tan thật chậm lượng bột này vào trong nước lạnh để cho chúng trương nở từ từ. Một khả năng khác cũng được tính đến đó là kèm theo quá trình khuấy trộn mạnh tuy nhiên quá trình này sẽ dẫn đến sự tạo bọt quá mức và khi đó dịch gelatin sẽ chứa nhiều bọt khí, việc loại bỏ các bọt khí này rất khó khăn đặc biệt là đối với dung dịch gelatin có nồng độ cao.
Dung dịch nền
Ngoài mức độ nghiền và nhiệt độ thì thành phần của chất lỏng xung quanh các phần tử gelatin và nồng độ của dịch gelatin cũng ảnh hưởng đến quá trình hòa tan của bột gelatin. Trong các dung dịch acid như: acid citric, acid tartaric và acid acetic thì gelatin hòa tan có phần nhanh hơn nhiều so với nước tinh khiết. Tuy vậy ảnh hưởng này không được ứng dụng trong thực tế để tránh sự mất mát các thuộc tính của gelatin bởi quá trình thủy phân do acid gây ra. Khác với các dung dịch acid, dung dịch đường và muối lại làm chậm quá trình hòa tan của gelatin vì những chất này có ái lực với nước lớn hơn gelatin do đó chúng sẽ cạnh tranh nước với các phần gelatin. Điều này cũng sẽ mang lại nguy cơ tạo tảng và không hòa tan các phần gelatin khi bột gelatin được đưa vào nước. Do đó khi tiến hành ứng dụng gelatin trong các lĩnh vực sản xuất thì gelatin cần phải được hòa tan vào trong nước hoặc ít nhất cũng để nó trương nở trong nước trước khi đưa nó vào dịch đường hoặc muối ở nồng độ cao.
Ngoài ra, các phần gelatin cũng sẽ cạnh tranh nước với nhau khi chúng được hòa tan vào trong nước. Do đó mà dịch gelatin có nồng độ càng cao thì thời gian trương nở của chúng sẽ càng chậm và gelatin cũng chỉ hòa tan dễ dàng cho đến khi đạt một nồng độ nhất định nào đó. Thường gelatin hòa tan dễ dàng khi một phần gelatin được hòa bởi hai phần nước. Dung dịch gelatin có nồng độ cao có thể tạo ra được nhưng
chúng lại gây khó khăn cho sản xuất bởi ảnh hưởng của độ nhớt cao và khó loại bọt khí.
4.1.3. So sánh quá trình hòa tan truyền thống và hiện đại
Trong quá trình hòa tan truyền thống(qua hai giai đoạn), gelatin sẽ trương nở trong nước lạnh rồi được ngâm vào trong nước có nhiệt độ 65÷70oC hoặc được gia nhiệt bằng các thiết bị trao đổi nhiệt tương tự cho đến khi đạt được nhiệt độ nói trên. Tại khoảng nhiệt độ trên 50oC, sự hình thành cấu trúc bên trong của mỗi phần gelatin trong giai đoạn sấy khô trước đó hoàn toàn bị phá vỡ. Vì nhiệt độ cung cấp thấp nên sự phân hủy nhiệt của gelatin được giảm tối thiểu, ngoài ra quá trình này không đòi hỏi sự khuấy trộn mạnh mẽ nên sự xâm nhập của khí vào dịch gelatin cũng không nhiều.
Trong phương pháp hiện đại(thực hiện qua một giai đoạn) thì quá trình trương nở của gelatin được xem là không cần thiết. Do đó bột gelatin được đưa ngay vào nước ở 80oC kèm theo sự khuấy trộn với cường độ mạnh. Lúc đó gelatin sẽ trương nở và hòa tan ngay lập tức. Phương pháp này trước đây được đề nghị cho quá trình chuẩn bị dịch gelatin có nồng độ tối đa là 15% nhưng hiện nay một số ngành công nghiệp yêu cầu gelatin có nồng độ cao nên phương pháp này cũng đã được ứng dụng để chuẩn bị dịch gelatin có nồng độ lớn hơn 15%.
Để thu được dung dịch gelatin đạt yêu cầu thì phương pháp hiện đại đòi hỏi các thông số và quá trình phù hợp. Ví dụ như trong nghành công nghiệp sản xuất bánh kẹo, gelatin sẽ được phân tán vào trong nước ở nhiệt độ 80÷90oC kèm theo sự khuấy trộn với cường độ mạnh. Sau đó dịch keo gelatin sẽ được bơm vào nồi nấu cùng với đường và syrup, trong quá trình bơm và nấu các phần gelatin còn sót sẽ được hòa tan hoàn toàn. Tiếp đó thiết bị chân không được sử dụng để loại bỏ các bọt khí được tạo ra do khuấy trộn gelatin ở giai đoạn trước và làm bốc hơi một phần nước. Kết quả cuối cùng là tạo thành dung dịch không có bọt khí.
Phương pháp một giai đoạn có ưu điểm chính đó là quá trình tiến hành trong thời gian ngắn do lược bỏ qua giai đoạn trương nở của gelatin, do đó giúp tránh được sự giảm chất lượng mang lại bởi quá trình phân hủy nhiệt của chuỗi peptid trong gelatin.
Tuy nhiên chi phí để thực hiện lại cao do yêu cầu thiết bị phức tạp cùng với quá trình kiểm soát nghiêm ngặt.
Khi sử dụng phương pháp một giai đoạn quá trình tạo tảng, tạo bọt có thể được cắt giảm bằng cách sử dụng thiết bị khuấy có tần số hiệu chỉnh được. Nếu không có thiết bị như vậy thì mức độ nghiền của bột gelatin cần phải tối ưu sao cho tương thích với thiết bị đang được sử dụng.