Gel và gel protein trong thịt cá xay

L ỜI CẢM ƠN

1.5. Gel và gel protein trong thịt cá xay

- Định nghĩa gel: Gel là một mạng lưới không gian ba chiều được hình thành do sự liên kết của các gốc mang điện tích ở các mạch của các hợp chất poly với nhau. Mỗi liên kết được gọi là một nút. Các phần còn lại của mạch poly tạo mạng lưới không gian vô định hình có chứa đầy pha phân tán là nước và các gốc bền khác [2],[8],[12].

- Sự hình thành thể gel: Đối với hệ keo mà các hạt của tướng phân tán bất đối xứng (hình que, bản mỏng...) thì hệ giảm tính bền vững động học (không bị mất đi hoàn toàn), các hạt có thể dính lại với nhau tại góc cạnh hoặc tại các đầu mút của hạt bằng các lực hút phân tử, tạo thành mạng lưới không gian bên trong chứa môi trường phân tán [1].

- Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo gel [1]

 Nồng độ: Sự tạo thành cấu thể chỉ xảy ra khi nồng độ của tướng phân tán đạt tới một ngưỡng nào đó, đủ để xây dựng mạng lưới không gian của cấu thể. Khi

nồng độ tăng thì số va chạm của các hạt tăng lên, số điểm kết dính giữa các hạt tăng lên, tốc độ tạo gel tăng lên,

 Kích thước hạt: Khi giảm kích thước hạt nhưng vẫn giữ nguyên nồng độ trọng lượng thì số hạt trong hệ tăng lên nên tốc độ tạo gel tăng. Hình dáng hạt càng bất đối xứng thì tốc độ tạo gel càng tăng. Vì vậy hạt hình cầu có tốc độ tạo gel nhỏ nhất, nó chỉ xảy ra ở vùng có nồng độ tương đối lớn.

 Nhiệt độ: Nhiệt độ càng thấp, chuyển động Brown càng yếu, lực tương tác giữa các hạt càng lớn hơn năng lượng chuyển động Brown nên khả năng tạo gel càng lớn.

 Sự có mặt của tướng thứ 3 trong hệ sẽ làm giảm năng lượng bề mặt các hạt kết hợp với nhau, vì vậy tốc độ tạo gel tăng.

 Chất điện ly: Các ion của chất điện ly, đặc biệt là anion có khả năng thúc đẩy quá trình tạo gel vì nó làm mất một phần lớp vỏ hidrat hóa của hạt keo.

 pH: pH ảnh hưởng đến lực đẩy tĩnh điện của các phân tử, làm ảnh hưởng đến khả năng tạo gel.

- Gel protein: Khi protein bị biến tính, các cấu trúc bậc cao bị phá hủy, liên kết giữa các phần tử bị đứt, các nhóm bên của acid amin trước ẩn phía trong thì bây giờ xuất hiện ra ngoài. Các mạch polypeptid bị duỗi ra gần nhau, tiếp xúc với nhau làm nội lực ma sát tăng, xuất hiện các liên kết giữa các protein tạo thành mạng lưới không gian 3 chiều, các phần còn lại tạo mạng lưới không gian vô định hình có chứa đầy pha phân tán là nước.

- Gel tạo thành bền hay không phụ thuộc vào chiều dài vùng liên kết và lực liên kết giữa các chuỗi.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 [16].

1.5.2. Điều kiện tạo gel của protein thịt cá

- Sự gia nhiệt: Đa số trường hợp, sự gia nhiệt là cần thiết cho sự tạo gel vì gia nhiệt sẽ làm biến tính và duỗi mạch protein, tạo điều kiện cho các nút lưới tạo thành.

- Việc làm lạnh cũng cần thiết và có thể tạo ra sự tạo gel.

- Axit hóa nhẹ: Quá trình acid hóa nhẹ cũng gây biến tính nhẹ protein và sự tạo gel có thể xảy ra.

- Tác dụng cơ học (nghiền, giã): Nghiền giã liên tục không cắt ngắn mạch protein mà phá vỡ cấu trúc bậc cao của protein. Tạo ra sự trượt và ma sát nội phân tăng, hình thành các liên kết nút mạng lưới gel ( nghiền trộn surimi, sản xuất giò chả).

- Thêm muối, đặc biệt ion Ca++ có thể tăng tốc độ tạo gel hoặc tăng độ cứng chắc cho gel.

- Sự thủy phân enzyme: Nhiều protein có thể tạo gel không cần gia nhiệt mà chỉ cần xử lý enzyme ở mức độ vừa phải.

- Sự kiềm hóa nhẹ sau đó trung hòa hoặc đưa pH về điểm đẳng điện cũng có thể tạo thành gel như đậu phụ[8].

1.5.3. Cơ chế tạo gel protein

Cơ chế và các các tương tác có quan hệ đến việc hình thành mạng protein 3 chiều đặc trưng cho gel hiện chưa hoàn toàn rõ. Nhiều nghiên cứu đã chỉ rõ rằng cần phải có giai đoạn biến tính và giãn mạch xảy ra trước giai đoạn tương tác giữa protein – protein và tập hợp phân tử.

Khi protein bị biến tính các cấu trúc bậc cao bị phá hủy, liên kết giữa các phần tử bị đứt, các gốc amin lộ ra ngoài và liên kết với các gốc khác tạo mạng lưới không gian ba chiều, phần còn lại tạo mạng lưới không gian vô định hình có nhốt pha phân tán là nước ở bên trong.

Các nút mạng lưới có thể tạo ra do lực tương tác giữa các gốc ưa béo. Khi các gốc tương tác với nhau hình thành các liên kết ưa béo (Cầu béo). Tương tác ưa béo được hình thành khi tăng nhiệt độ; làm các mạch polypeptit sít lại với nhau hơn do đó làm khối gel cứng hơn.

Nút mạng lưới cũng được tạo ra do lực liên kết hydro giữa các nhóm peptit với nhau, giữa các nhóm – OH của Serin, treonin, tyrozin với – COOH của glutamat, aspatic. Nhiệt độ càng thấp thì các liên kết này càng được tăng cường. Liên kết hidro là liên kết tạo ra độ linh động nào đó làm cho gel có độ dẻo dai nhất định.

Tham gia liên kết tạo gel còn do liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối giữa các nhóm tĩnh điện ngược dấu hoặc hoặc do liên kết giữa các nhóm tích điện cùng dấu qua các ion đa hóa trị như ion canxi.

Các liên kết có thể còn do nhóm disunfua (giữa nhóm – SH này với nhóm – SH khác của các cistein). Trường hợp này làm cho gel có tính chất bất thuận nghịch bởi nhiệt, rất chắc và bền.

Khả năng tạo gel của protein phụ thuộc vào nồng độ protein và pH của môi trường.Khi nồng độ tăng thì khả năng gel hóa tăng do nội lực ma sát tăng.

Khi nồng độ tăng thì khả năng gel hóa tăng do nôi lực ma sát tăng, số lượng các nút mạng lưới tăng. Ph môi trường tạo nên các lực đẩy tĩnh điện, đó cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo gel. Mỗi protein khác nhau có Ph thích hợp cho khả năng tạo gel khác nhau. Trong nhiều trường hợp pH thích hợp còn phụ thuộc vào cả nồng độ protein. Chẳng hạn, các protein có tỷ lệ acid amin ưu béo cao (31,5% số phân tử) như hemoglobin, ovalbumin sẽ có vùng pH tạo gel thay đổi phụ thuộc vào nồng độ protein. Trái lại các protein có tỷ lệ phần trăm các acid amin ưa béo thấp(< 22%) như (γ- globulin, serumalbumin, gelatin và protein đậu tương…thì lại không thay đổi Ph tạo gel khi nồng độ protein thay đổi [8].

1.6. Các hiện tượng xảy ra trong công nghệ sản xuất surimi1.6.1. Hiện tượng Suvari 1.6.1. Hiện tượng Suvari

Hiện tượng Suvari là sự hình thành cấu trúc protein dưới dạng lưới tương đối bền. Nhờ có hiện tượng này surimi có tính dẻo dai, đàn hồi tốt. Hiện tượng Suvari bắt đầu từ khâu nghiền trộn đến khâu định hình. Để cho hiện tượng Suvari xảy ra tối đa thì phải giữ surimi trong một thời gian nhất định và thời gian này phụ thuộc vào nhiệt độ.[8].

1.6.2. Hiện tượng Modari

Là hiện tượng ngược lại với hiện tượng Suvari. Hiện tượng này luôn có thể xảy ra trong thịt nhuyễn Surimi và làm giảm tính chất đàn hồi, dẻo dai của sản phẩm. Hiện tượng này diễn ra ở nhiệt độ 40 – 70oC một cách mạnh mẽ. Mặt khác hiện tượng này cũng có thể xảy ra khi các chất phụ gia sử dụng không đúng tỉ lệ hoặc không đạt tiêu chuẩn [8].

1.7. Các chất phụ gia dùng trong sản xuất surimi1.7.1. Tinh bột 1.7.1. Tinh bột

Tinh bột là một polysaccharide, là chất dự trữ của thực vật được tạo thành do quá trình thực vật quang hợp. Tinh bột có mặt chủ yếu trong hạt, củ, quả. Tinh bột gồm 2 hợp phần chính là amiloza (Am) và amilopectin (Ap), nhìn chung tỉ lệ Am/Ap trong phần lớn các tinh bột là ¼. Mỗi hợp phần có tính chất lý, hóa học khác nhau do vậy nó có những tác dụng khác nhau đối với chất lượng thực phẩm.

Tinh bột có nhiều ưu điểm như tác dụng tạo độ kết dính, độ đặc, độ chắc và làm tăng khả năng đàn hồi cho thực phẩm. Nhờ khả năng đồng tạo gel với protein, tinh bột làm tăng độ dẻo dai, đàn hồi cho sản phẩm, làm tăng khả năng liên kết giữa các thành phần của surimi và sản phẩm mô phỏng.

Tuy nhiên lượng tinh bột sử dụng phải thích hợp, nếu lượng tinh bột phối trộn vào nhiều sẽ làm cho sản phẩm bị khô và mất đi tính chất đặc trưng.[2],[3],[8],[12].

1.7.2. Gelatin.

Gelatin là protein có phân tử lượng từ 20.000 đến 70.000. Gelatin được chế biến từ da động vật. Gelatin khó hòa tan trong nước lạnh, chỉ trương nở hấp thụ nước gấp từ 5 – 9 lần gelatin khô tuyệt đối. Gelatin phân tán hoàn toàn trong nước nóng. Gelatin được sử dụng trong công nghệ sản xuất surimi làm tác nhân keo hóa, nâng cao độ nhớt của sản phẩm và có tác dụng làm bền thể gel đàn hồi của chúng. Tuy nhiên nếu tỉ lệ gelatin nhiều sẽ làm màu sắc surimi xấu đi và khi hấp chín sản phẩm trở nên khô cứng [8].

1.7.3. Các muối photphat.

Việc duy trì khả năng giữ nước của thịt cá trong quá trình chế biến có một ý nghĩa lớn, giảm bớt sự mất nước của thịt cá sẽ cho phép tăng sản lượng sản phẩm, đồng thời cải thiện chất lượng sản phẩm.

Khả năng liên kết nước trong thịt cá phụ thuộc vào các dạng liên kết ẩm của protit trong nó, phụ thuộc hàm lượng ATP trong tổ chức cơ thịt, vào pH môi trường và nhiều yếu tố khác nữa.

Để duy trì khả năng giữ nước của thịt cá, người ta sử dụng các chất làm bền liên kết ẩm trong cơ. Một trong những chất hay dung là các muối photphat các dạng khác nhau.

Về quy cách, các photphat thực phẩm và hỗn hợp của chúng phải có hàm lượng chất cơ bản ít nhất 97%, tạp chất cho phép với hàm lượng lớn nhất như sau: (%)

 Chất không tan trong nước: 0,02  Các sunfat tính băng SO4: 0,05  Các clỏua tính bằng Cl: 0,10

 Sắt tính bằng Fe: 0,01

 Kim loại nặng bị H2S kết tủa: 0,005

 Asen (As) : 0,005

 Flor (F): 0,002

 Orthophorphat tính bằng PO4: 0,30

Các thông số cơ bản của photphat là hàm lượng photphat trong chúng và phản ứng môi trường của dung dịch (trong nước) 1%

Khi thêm các photphat vào thực phẩm làm cho thực phẩm giữ được tốt hơn các tính chất dinh dưỡng của chúng, làm cho quá trình chế biến chúng được dễ dàng hơn, dạng sản phẩm hấp dẫn hơn. Các photphat trong chế biến làm tăng mức độ giữ nước, làm giảm mất nước khi gia nhiệt, duy trì màu sắc tự nhiên của sản phẩm.

Các loại photphat được sử dụng có thể có tính acid, trung tính hay kiềm, chúng nâng cao khả năng giữ ẩm của thịt cá mà không làm biến đổi đáng kể pH và không làm giảm giá trị của chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm.

Trong việc sản xuất surimi thường sử dụng Na2HPO4.12 H2O để làm tăng tính trương nở, tính ngậm nước, tính dính kết. Do đó làm tăng độ pH của thịt cá và làm ngăn cản sự co của protein dễ làm trương nở protein. Mặt khác muối này có phân tử lượng lớn tham gia phân giải actomiozin thành actin và miozin đưa đến lượng miozin tăng lên. Mà trong phân tử miozin chứa khá nhiều acid amin mạch nhánh và phâm tử ở dạng hình sợi. Do đó nó có tác dụng hydrat hóa rất mạnh nên độ hòa tan protein tăng lên và tính ngậm nước tăng lên[8].

1.7.4. Sorbitol

Là một rượu đa chức có công thức hóa học là: CH2OH – (CHOH)4 – CH2OH

Sorbitol có vị ngọt, là chất kết tinh. Kết tinh với 0,5 hay 1 phân tử nước, rất dễ tan trong nước. Là chất quang hoạt. Được sử dụng làm chất điều vị và cải thiện màu sắc của surimi sản phẩm, đồng thời còn có tác dụng bảo quản và giữ nước cho sản phẩm.

1.7.5. Các biopolymer

Các biopolymer ngày càng được sử dụng nhiều trong thực phẩm nhằm tạo gel và độ đặc cho thực phẩm. Một số biopolymer thường được sử dụng là chitosan, alginate, carrageenan, agar, … Việc sử dụng những phụ gia này trong công nghệ thực phẩm dựa trên những đặc điểm tính chất như khả năng tạo gel, khả năng tạo cấu trúc, khả năng nhũ hóa và làm bền. Vì vậy gần đây các chất này đã được bổ sung thử nghiệm vào các sản phẩm như xúc xích, chả, giò, surimi…làm tăng thêm độ bền đông kết, độ dai, độ mềm dẻo và độ giòn cho sản phẩm.

1.7.6. Lòng trắng trứng

Lòng trắng trứng là hỗn hợp của nhiều loại acid amin. Nhiều nhất là ovalbumin chiếm 54%, 12% conalbumin, 11% ovomucoid và một số loại acid amin khác. Các acid amin này có tác dụng tạo gel và tạo bọt, chống oxy hóa cho các sản phẩm thực phẩm. Vì vậy lòng trắng trứng đang được nghiên cứu để bổ sung vào surimi. Tuy nhiên, nếu tỉ lệ lòng trắng trứng quá cao sẽ làm surimi giòn và dễ gãy.

1.8. Tổng quan về các chất đồng tạo gel có nguồn gốc từ động vật1.8.1. Gelatin 1.8.1. Gelatin

Gelatin là protein có phân tử lượng từ 20.000 đến 70.000. Gelatin được chế biến từ da động vật. Gelatin khó hòa tan trong nước lạnh, chỉ trương nở hấp thụ nước gấp từ 5 – 9 lần gelatin khô tuyệt đối. Gelatin phân tán hoàn toàn trong nước nóng.

Gelatin được tạo ra từ phản ứng thủy phân collagen. Khi bổ sung gelatin vào surimi, ta gia nhiệt gelatin làm đứt liên kết hidro và gelatin tan ra. Khi trộn đều với surimi, nhiệt độ hạ xuống làm tái hợp các liên kết hidro trong gelatin từ đó hình thành các nút mạng lưới và tăng khả năng tạo gel của protein surimi. Lực liên kết hidro của gelatin thông qua cầu nối hidrat được thể hiện như sau:

C=O…H – OH…H – N

N – H…OH – H…O=C

C=O…H – OH…H – N

N – H…OH – H…O=C

1.8.2. Lòng trắng trứng lỏng.

Trọng lượng bình quân của một quả trứng gà là 60g. Trong đó thành phần của các chất như bảng 1.1

Bảng 1.1. Bảng thành phần hóa học của lòng trắng trứng

%trọng lượng Nước Protein Lipid Glucid Kho Khoáng chất Trứng nguyên 100 65.5 12 11 0.5 11 Trứng không có vỏ 90 74 13 12 0.7 0.9 Lòng trắng 60 88 10 0.03 0.8 0.5 Lòng đỏ 30 47 16 34 0.6 1.1 Vỏ trứng 10 0 2 0 0 98

Albumin hay lòng trắng trứng gồm có 3 lớp. Lớp ngoài chiếm 23%, Lớp giữa chiếm 57% và lớp trong chiếm 17%. Tỷ lệ này thay đổi phụ thuộc vào giống, tỷ lệ đẻ trứng, kích thước trứng, thời gian bảo quản…Lớp giữa dày và đặc hơn. Khi lớp giữa vỡ ra thì chính lớp này bao lấy lòng đỏ.

Albumin là dịch thể gồm nhiều protein hình cầu khác nhau như: ovalbumin, conalbumin, ovomacroglobulin, avidin, flavoprotein, ovoglucoprotein, ovomacroglobulin, avidin... trong đó Ovalbumin là protein giàu nhất của lòng trắng trứng, nó chiếm tỉ lệ khoảng 54%.

Ovalbumin là một phosphoglycoprotein có nhóm phosphate đính vào gốc serin, có chứa 3,5% glucid dưới dạng một “đơn nguyên” với khối lượng phân tử là 1.570 gồm 5 gốc D- maroza và 3 gốc D- Glucosamin. Phân tử ovalbumin có 4 gốc – SH và 2 cầu disunfua. Trong thời gian bảo quản số cầu didssunfua sẽ tăng lên do hình thành ra S- ovalbumin có tính bền nhiệt hơn protein ban đầu.Đây là protein lòng trắng trứng duy nhất có chứa nhóm SH tự do nên có khả năng tạo nên các liên kết disunfua giúp gel protein của surimi có tính chất bất thuận nghịch bởi nhiệt, rất chắc và bền.

Conalbumin nhiều thứ hai với tỉ lệ là 12%. Nó là một glucoprotein, chứa 0,9%