STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Mức yêu cầu
1 Độ hòa tan - Rất dễ tan trong ethanol, dễ tan trong nước, ít tan trong este.
2 Phép thử citrate - Đạt yêu cầu của phép thử. 3 Hàm lượng nước - Dạng khan - Dạng ngậm một phân tử nước % ≤ 0,5 Từ 7,5 đến 8,8
4 Hàm lượng tro sunfat % ≤ 0,05
5 Hàm lượng oxalat mg/kg ≤ 100
6 Hàm lượng sunfate mg/kg ≤ 150
7 Hàm lượng chì mg/kg ≤ 0,5
8 Các chất dễ carbon hóa - Đạt yêu cầu của phép thử
(Nguồn: TCVN 5516:2010 về phụ gia thực phẩm - acid citric)
Sử dụng acid citric quá nhiều dễ làm tổn hại men răng. Đôi khi sử dụng hàm lượng acid quá cao có thể gây tổn hại cho tóc, do nó mở lớp cutin của tóc, làm mất các chất cần thiết cho tóc va làm tóc bị bạc màu (Đàm Sao Mai et al., 2012).
Carrageenan
Carrageenan (hình 2.4) là một dạng phức của nhiều polymer khác nhau. Carrageenan có ba dạng và là chất tạo đông được trích ly từ tảo biển đỏ cùng với những chất tạo đông khác như agar, furcellaran (Đàm Sao Mai et al., 2012; Nguyễn Kim Phụng, 2015). Nhóm rong cho Carrageenan bao gồm các loài như: Chondruscripus, Gigartinastella và Hypnea (Tarté and Rodrigo, 2009).
16
Hình 2.4 Công thức hóa học của carrageenan
(Đàm Sao Mai et al., 2012)
Carrageenan được sử dụng rộng rãi, theo tác giả Đàm Sao Mai et al. (2012) thì carrageenan có ba loại chính được sản xuất (hình 2.5):
- Kappa: tạo gel chắc, do có mặt của ion kali, thường sử dụng cho sản phẩm từ sữa. Được sản xuất chủ yếu từ tảo Eucheuma cottonii.
- Iota: tạo gel mềm, do có sự hiện diện của ion calci. Được sản xuất củ yếu từ tảo
Eucheuma spinosum.
- Lambda: không tạo gel, do có hiện diện của ion natri, sử dụng như chất làm đặc. Được sản xuất chủ yếu từ tảo Gigartina trồng tại Nam Mỹ.
Hình 2.5 Các dạng chính của carrageenan
(Nguồn: Blakemore W.R., and Harpell A.R, 2010)
Sự khác nhau về tính chất kappa, iota và lambda là ở số lượng và vị trí các nhóm ester với sulfate được lặp lại trên các phân tử galactose. Tất cả các carrageenan đều là polysaccharide mạch thẳng, có khối lượng phân tử lớn được cấu tạo bởi các đơn vị galactose và 3,6 - anhydrogalactose (3,6 - AG) với các liên kết α - (1,3) và β - (1,4), cả
17
loại có gốc sulphate và không có gốc sulfate (Đàm Sao Mai et al., 2012; Tarté and Rodrigo, 2009).
Sự biến đổi của những hợp chất này bao gồm trong độ bền gel, cấu trúc, tính hòa tan và nhiệt độ tan chảy của carrageenan. Những sự biến đổi này có thể được kiểm soát và tạo thành bởi việc chọn lựa tảo biển, chế biến và pha trộn các thành phần được trích ly. Tất cả các carrageenan đều hòa tan trong nước nóng khi nhiệt độ vượt nhiệt độ tan chảy của gel, chỉ có lambda carrageenan hòa tan trong nước lạnh. Theo Đàm Sao Mai et al. (2012) thuộc tính của các polymer sulphate này phụ thuộc chủ yếu vào các cation liên kết.
Ảnh hưởng của nhiệt độ cũng là yếu tố quan trọng xác định loại carrageenan nào được sử dụng trong hệ thống thực phẩm. Tất cả các carrageenan đều tan ở nhiệt độ cao và giảm độ nhớt. Tuy nhiên, dạng kappa và iota tạo gel khác nhau ở điều kiện nhiệt độ từ 40 ℃ đến 70 ℃ phụ thuộc vào nồng độ dung dịch và thành phần cation hiện diện. Do vậy, các gel này thường bền ở nhiệt độ phòng nhưng chúng lại có thể tan chảy khi gia nhiệt cao hơn khoảng 5-10 ℃ so với nhiệt độ tạo gel. Ở nhiệt độ lạnh, hệ thống gel được phục hồi. Iota carrageenan không hòa tan trong dung dịch đường, kappa và lambda carrageenan hòa tan được. Tuy nhiên, kappa carrageenan chỉ hòa tan trong dụng dịch này khi xảy ra quá trình gia nhiệt (Nguyễn Kim Phụng, 2015).
Tính tạo đông của carrageenan có thể thay đổi và cải thiện bằng các sử dụng kết hợp các loại carrageenan (kappa, iota, lambda), protein sữa và các tác nhân tạo đông khác như gum hạt locust. Kappa carrageenan thể hiện khả năng tương tác mạnh mẽ với gum locust beam trong hệ thống gel nước, cải thiện khả năng giữ nước (Nguyễn Kim Phụng, 2015). Trong đó, phụ thuộc vào nồng độ, carrageenan gia tăng sức keo, độ dẻo. Tại nồng độ cao, carrageenan gia tăng độ vững của gum, nhưng tại nồng độ thấp nó làm giảm tính nhớt. Tính giảm nhớt xảy ra khi carrageenan được cho vào dung dịch gum ghatti, gum tragacanth, alginate, pectin (Đàm Sao Mai et al., 2012).
Carrageenan là một hỗn hợp nhiều loại, khoảng 60 % keo và 40 % không keo. Nguyễn Kim Phụng (2015) cho rằng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tạo gel, carrageenan hầu như bền ở pH thông thường trong thực phẩm. Tuy nhiên độ nhớt sẽ giảm ở pH < 4,3 nếu chế biến trong điều kiện nâng nhiệt cao hơn. Khi pH thấp và/hoặc nhiệt độ cao, độ ổn định của dung dịch carrageenan giảm, nên tránh chế biến dung dịch carrageenan ở pH thấp và nhiệt độ cao trong thời gian dài (Nguyễn Kim Phụng, 2015; Đàm Sao Mai et al., 2012).
Chức năng
Tổ chức FDA của Mỹ đã xếp carrageenan vào danh mục các chất an toàn đối với các sản phẩm thực phẩm. Carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, chức năng của carrageenan là trương nở trong nước và tương tác được với protein của sữa. Nhờ các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt, carrageenan được sử dụng
18
rộng rãi trong công nghệ thực phẩm như chất tạo gel, chất làm đặc thay đổi kết cấu của sản phẩm tạo sản phẩm đông đặc có độ bền dai, làm bền thực phẩm, giúp kiểm soát độ nhớt. Để cải thiện tính chất tạo gel và kiểm soát tạo gel, quá trình sử dụng carrageenan và phối trộn carrageenan với các thành phần khác sẽ cải thiện được cấu trúc (Nguyễn Kim Phụng, 2015; Đàm Sao Mai et al., 2012).
Carrageenan là một trong những phụ gia tốt nhất trong công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp khác, danh mục các ứng dụng của carrageenan là vô cùng lớn. Trên thị trường hiện nay có khoảng 4.000 sản phẩm hàng hóa có sử dụng carrageenan, trong đó công nghệ thực phẩm sử dụng nhiều nhất (Đàm Sao Mai et al., 2012).
Pectin
Pectin là một polysaccharide, phần lớn bao gồm các đơn vị acid D-galacturonic liên kết, phân bố rộng rãi trong nhiều loại thực vật và có nhiều ở quả, củ hoặc thân cây, là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật. Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng (Lê Ngọc Tú et al., 2002; Nguyễn Kim Đông et al., 2020):
- Dạng protopectin không tan: tồn tại chủ yếu ở thành tế bào dưới dạng kết hợp với polysaccharide araban. Protopectin là vật liệu gắn kết giữa các chùm sợi cellulose trên màng tế bào và nằm ở gian bào gắn các tế bào tạo nên sự rắn chắc của quả khi còn xanh (Quách Đĩnh et al., 2008; Lê Ngọc Tú et al., 2002).
- Dạng hòa tan của pectin, tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào.
Dưới tác dụng của acid, enzyme protopectinase hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển thành pectin. Các chất pectin giữ vai trò quan trọng trong quá trình chín của quả. Khi quả đang phát triển, protopectin phân tán ở thành tế bào và chiếm tỷ lệ khá cao, tới lúc quả bắt đầu chín, protopectin biến dần sang dạng pectin hòa tan dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme protopectinase trong quả, quả sẽ trở nên mềm hơn. Trong quá trình bảo quản quả, cũng nhận thấy sự giảm dần lượng protopectin và tăng dần pectin hòa tan (Lê Ngọc Tú et al., 2002).
Pectin thuộc nhóm phụ gia tạo gel còn là chất tạo đông, là chất quyết định sự đông tụ của mứt (Hà Văn Thuyết et al., 2013). Pectin được xem là một trong những chất phụ gia thực phẩm an toàn và được chấp nhận nhiều nhất do hàm lượng ADI cho phép là không xác định, mã hiệu quốc tế của pectin là E440. Pectin được sản xuất công nghiệp từ vỏ quả thuộc họ cam quýt và bã táo, thường ở dạng lỏng hoặc được sấy khô thành dạng bột để dễ dàng bảo quản (Đàm Sao Mai et al., 2012).
Pectin là polysaccharide mạch thẳng, cấu tạo từ sự liên kết giữa các phân tử acid D-galacturonic C6H10O7 bằng liên kết 1,4-glycoside. Trong đó, một số gốc acid có chứa nhóm methyoxyl (-OCH3). Chiều dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid galacturonic (Trần Thị Định, 2016).
19
Hình 2.6 Công thức cấu tạo của một đơn vị chuỗi pectin
(Lê Ngọc Tú et al., 2002)
Pectin hút nước, rất dễ tan trong nước, không hòa tan trong ethanol (Đàm Sao Mai et al., 2012). Pectin là dạng dung dịch có tính keo cao, độ nhớt và độ bền gel lớn, gây khó khăn cho các quá trình chế biến như: lọc, làm trong cô đặc nước quả…. Các phân tử pectin mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau, do đó làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dụng dịch. Vì vậy, khi làm giảm độ điện tích và độ hydarte hóa sẽ làm cho các pân tử pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong. Pectin tạo đông ở nồng độ thấp (1-1,5%) khi có đủ đường 60% và acid 1%, tính chất này được áp dụng trong sản xuất mứt và bánh kẹo (Đàm Sao Mai et al., 2012; Quách Đĩnh et al., 2008). Theo Nguyễn Kim Phụng (2015), trong một số trường hợp pectin còn được sử dụng kết hợp với carrageenan để tăng hiệu quả tạo gel.
Các chỉ số của pectin
Pectin được đặc trưng bởi hai chỉ số sau:
- Chỉ số methoxyl (MI): là phần trăm khối lượng nhóm methoxyl (-OCH3) trên tổng khối lượng phân tử pectin. Sự methoxyl hóa hoàn toàn tương ứng với chỉ số methoxyl bằng 16,3% (Lê Ngọc Tú et al., 2002).
- Chỉ số ester hóa (DE): là phần trăm về số lượng của các gốc acid galacturonic được ester hóa trên tổng số lượng gốc acid galacturonic có trong phân tử pectin (Đàm Sao Mai et al., 2012).
Pectin thương mại là một hỗn hợp gồm các hợp chất polysaccharide cao phân tử, trong đó polygalacturonic acid chiếm khoảng 70-75%. Dựa trên mức độ methoxyl hóa và este hóa, pectin thương mại được chia làm hai loại là pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp (Đàm Sao Mai et al., 2012; Nguyễn Kim Phụng, 2015):
- Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin - HMP): có DE > 50% và MI > 7%. Loại chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm. Muốn sản phẩm tạo gel thì giá trị pH phải đạt 3,1-3,4 và nồng độ đường trên 60% (Jan S.Y et al., 2016; Huỳnh Thị Kim Cúc et al., 2013).
20
7%. Pectin có methoxyl thấp sẽ tạo đông trong môi trường kém acid và cần thiết phải có mặt calci, chúng thường được dùng làm màng bao thực phẩm (Jan S.Y et al., 2016; Huỳnh Thị Kim Cúc et al., 2013).
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất tạo đông của pectin
Tính chất tạo đông của pectin được phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Chiều dài của mạch phân tử pectin: quyết định đến độ cứng của gel. Nếu phân tử pectin quá dài thì gel được hình thành có độ cứng. Còn nếu phân tử pectin quá ngắn dù có sử dụng liều lượng cao thì nó sẽ không tạo được gel (Lê Ngọc Tú et al., 2002).
- Mức độ methoxyl (-OCH3) hóa quy định cơ chế tạo gel:
+ Nếu phân tử pectin có từ 9,5-11% nhóm -OCH3 tham gia trong môi trường pH = 3 cùng với hàm lượng đường 35% khi đó khả năng đông tụ sẽ tốt (Đàm Sao Mai et al., 2012).
+ Nhóm methoxyl tăng từ 8-11% khi đó độ bền đông tụ sẽ tăng, ngược lại thì khả năng đông tụ sẽ giảm (Đàm Sao Mai et al., 2012).
Khi pectin có chỉ số methoxyl cao, mức độ hydrat hóa có thể giảm nhờ thêm đường, còn độ tích điện sẽ hạ đi nhờ thêm ion H+. Trong trường hợp này, liên kết giữa các phân tử pectin với nhau chủ yếu nhờ các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl. Kiểu liên kết này không bền, do đó các gel tạo thành sẽ mềm dẻo do tính di động của các phân tử trong khối gel, gel này khác biệt với gel thạch và gel gelatin (Lê Ngọc Tú et al., 2002).
- Các dạng cation và anion cũng có ảnh hưởng đến độ bền đông tụ, các cation Ca2+, Al3+ giúp làm tăng độ bền gel, còn những cation hóa trị I như Na+ khi gặp điều kiện thích hợp sẽ phản tác dụng ngược lại (Đàm Sao Mai et al., 2012).
Cơ chế tạo gel của pectin methoxyl hóa cao
- Pectin HMP thường tạo gel bằng liên kết hydro (Chan S.Y et al., 2016).
- Điều kiện tạo gel: Đường > 60%, pH 3,1-3,4 và Pectin = 0,5-1% (Huỳnh Thị Kim Cúc et al., 2013; Đàm Sao Mai et al., 2012).
- Liên kết hydroxyl được hình thành giữa các phân tử pectin ở dạng: hydroxyl- hydroxyl, carboxyl-carboxyl hoặc hydroxyl-carboxyl. Kiểu liên kết này sẽ không bền, các liên kết sẽ bị mềm dẻo bởi tính linh động của các phân tử trong khối gel. Cấu trúc khối gel phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin hoặc pectin và nhiệt độ. Do đó, cần duy trì pH ở môi trường acid để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường saccharose để ngăn cản sự kết tinh đường. Tuy nhiên không nên dùng quá nhiều acid vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo một lượng lớn saccharose gây kết tinh glucose và hóa gel nhanh làm vón cục. Nếu sử dụng lượng pectin vượt quá lượng dùng sẽ gây ra hiện tượng gel hóa cứng (Lê Ngọc Tú et al., 2002; Đàm Sao Mai et al., 2012).
21
- Khi sử dụng một lượng cố định bất cứ một loại pectin nào pH, nhiệt độ càng giảm và hàm lượng đường càng cao thì gel tạo thành càng nhanh (Đàm Sao Mai et al., 2012).
TỔNG QUAN VỀ SỰ TẠO GEL Lý thuyết về sự tạo gel
Gel là một dạng vật chất trung gian giữa chất rắn và lỏng. Chúng gồm các phân tử polymer liên kết ngang tạo thành mạng lưới nằm trong môi trường lỏng. Ngoài ra gel còn được gọi là mạng lưới không gian ba chiều giữ nước bên trong ngăn không cho nước đi ra môi trường acid. Nồng độ và mức độ tương tác giữa các phân tử polymer sẽ quyết định cấu trúc gel có thể giòn, cứng, săn chắc, mềm, mịn hoặc đàn hồi. Sự tạo gel làm cân bằng tương tác giữa phức polymer - polymer và polymer hòa tan để hình thành mạng ba chiều hoặc matrix. Kết quả của việc tăng cường tương tác giữa các phân tử polymer thường dẫn đến việc hình thành gel gắn chắc, dẻo, đàn hồi (Đàm Sao Mai et al., 2012; Nguyễn Kim Phụng, 2015).
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo gel
Nồng độ chất tạo đông
Theo lý thuyết tạo gel, gel được hình thành do chất tạo đông hình thành một mạng lưới phức tạp, trong đó đường và nước được giữ bên trong. Độ bền của mạng lưới phụ thuộc vào nồng độ chất tạo đông, nồng độ càng cao thì gel càng bền.Trong mạng lưới gel các phân tử liên kết với nhau bằng liên kết hydro, lực hút tĩnh điện, lực Vanderwaals và tương tác kỵ nước (Hui Y.H et al., 2006). Một tác nhân tạo gel lý tưởng là không làm ảnh hưởng đến mùi vị của sản phẩm. Nồng độ chất tạo đông và hàm lượng bổ sung càng cao thì cấu trúc càng cứng, do liên kết chủ yếu trong gel là liên kết hydro, các phân tử sẽ gần nhau hơn, liên kết với nhau dễ dàng và chặt chẽ hơn, tạo gel cứng (Đàm Sao Mai et al., 2012). Pectin sử dụng trong mứt đông không cao quá 3,5%, khi dùng lượng pectin vượt quá lượng thích hợp sẽ tạo gel quá cứng (Quách Đĩnh et al., 2008)
Nhiệt độ của quá trình tạo gel
Cấu trúc của gel hình thành ở nhiệt độ thấp khác với gel ở nhiệt độ cao và sự giảm độ bền gel ở nhiệt độ cao không phải do sự phá hủy pectin mà do sự khác nhau trong sự tạo thành hệ thống gel (Hui Y.H et al., 2006). Sử dụng nhiệt độ thấp để gel pectin bền hơn cũng gặp khó khăn là phải làm sao cho đường tan hoàn toàn, nếu không sẽ bị đóng rắn lại trong thời gian ngắn khi sử dụng đường cao (Đàm Sao Mai et al., 2012). Nếu đường không tan hoàn toàn sẽ làm chất lượng sản phẩm không đạt yêu cầu ảnh hưởng đến khả năng tạo gel của pectin.
Thời gian giữ nhiệt
Nấu ở nhiệt độ cao, thời gian nấu kéo dài sẽ làm giảm độ bền gel. Điều này xảy ra do sự phân hủy chất tạo đông (Hui Y.H et al., 2006).
22 Nồng độ đường và acid
Trong sự tạo gel từ carrageenan, pH thấp độ ổn định của dung dịch carrageenan giảm, sự thủy phân mạch polymer carrageenan xảy ra làm độ nhớt và khả năng gel hóa