CHƯƠNG 2 : TÍNH CHẤT
2.3. Gel hóa và làm tan agar
Agar là chất duy nhất trong số các chất tạo gel vì quá trình tạo gel xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của gel. Agar tạo ra gel cứng ở nồng độ 1% (w/w). Sol chuyển sang dạng gel ở khoảng 30-40°C. Loại gel này cứng và duy trì hình dạng. Có thể hình thành gel có hình dạng tự hỗ trợ với 0,1% agar (phần còn lại là nước). Trong quá khứ, từ giịn mơ tả tốt nhất các đặc tính của gel agar; ngày nay có thể đạt được độ đàn hồi hoặc độ cứng khi sử dụng các loại agar khác nhau. Gel được làm tan chảy bằng cách đun nóng đến 85 - 95°C.
Có một mối quan hệ giữa độ bền của gel và điểm nóng chảy: cả hai đều tăng theo cùng một hướng, mặc dù có thể tìm thấy một số ngoại lệ. Nếu nồng độ agar logarit so với giá trị agar đảo của nhiệt độ tuyệt đối được lập biểu đồ (Matsuhashi, 1972), thì nhiệt năng cần thiết để phân ly liên kết ngang của gel (-ΔHο tính bằng kcal.mol-1) có thể được tính như sau (R là hằng số khí và k = 2.303R):
𝐿𝑜𝑔10𝐶 = ( ∆𝐻°
2.303𝑅𝑇) + 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
có thể được chuyển đổi thành:
∆𝐻° = [ 𝑘𝑙𝑜𝑔10(𝐶1𝐶2) 1 𝑇1 − (1 𝑇2)]
Điều này có ý nghĩa vì khi agar được đánh giá cảm quan, độ cứng tương quan với -∆Ho, nghĩa là giá trị càng lớn thì cảm quan càng cứng. Các giá trị được tìm thấy cho -∆Ho thường nằm trong khoảng từ hàng chục đến hàng trăm kcal/mol, với giới hạn trên 2000 kcal.mol- 1 (Matsuhashi, 1990).
Agar được metyl hóa cao được phân lập từ rong biển đỏ Gracilaria eucheumoides, được thu hoạch ở Nhật Bản. Một trong những agar được chiết xuất đã tạo thành gel thuận nghịch nhiệt với nhiệt độ nóng chảy cao (lên đến 121°C) và được chứng minh là có cấu trúc lặp lại thường xuyên. Điểm nóng chảy có thể được đo bằng một thiết bị tự động bao gồm một ống chứa đầy gel đang được thử nghiệm (Kohyama et al., 1989). Một quả bóng thép khơng gỉ được đặt trên bề mặt trên của gel, sau đó được nung nóng với tốc độ không đổi, nhiệt độ gel được đo bằng cặp nhiệt điện. Sự dịch chuyển của quả cầu thép khi gel tan chảy được phát hiện bởi một hệ thống quang học: một máy quay
video kỹ thuật số sử dụng một dãy tuyến tính gồm 256 tế bào photodiode. Bộ xử lý dữ liệu biến đổi tín hiệu từ máy ảnh thành tín hiệu tỷ lệ với độ dịch chuyển của quả bóng. Kỹ thuật này và phương pháp đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC) đã được sử dụng trong các nghiên cứu về gel agarose. Kết quả cho thấy điểm nóng chảy đo được tăng lên khi tăng tốc độ gia nhiệt ở tốc độ trên 0,5°C/phút. Điểm nóng chảy đo được phụ thuộc vào trọng lượng của quả cầu thép và điểm nóng chảy tăng khi nồng độ gel tăng. Các tác giả cũng thảo luận về nhiệt của phản ứng trong việc hình thành cấu trúc mạng trong gel agarose.
Tính chất cơ học của gel agar, carrageenan và alginate được đánh giá đối với một loạt các nồng độ gum và chất đông kết, cũng như đối với các phương pháp chuẩn bị gel khác nhau. Các phương thức hoạt động tương tự đã được quan sát thấy đối với gel agar (Hình 2.3) và alginate được thiết lập bằng cách khuếch tán (Hình 2.4), tức là mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất chảy và mô đun biến dạng so với nồng độ chất keo.
Hình 2.3: Biểu đồ của nồng độ chất keo đối với ứng suất chảy của gel agar, alginate và carrageenan. Các giá trị ứng suất năng suất ở bên trái áp dụng cho
gel agar và alginate, các giá trị bên phải áp dụng cho carrageenan. (Từ Nussinovitch và cộng sự, 1990c; với sự cho phép của Nhà xuất bản Đại học
Hình 2.4: Ảnh hưởng của nồng độ chất keo đến mô đun biến dạng của gel agar, alginate và carrageenan. Các giá trị mô đun biến dạng ở bên trái áp dụng
cho agar và alginate, các giá trị ở bên phải áp dụng cho carrageenan. (Từ Nussinovitch và cộng sự, 1990c; với sự cho phép của Nhà xuất bản Đại học
Oxford.)
Hàm lượng gum càng cao thì gel agar càng cứng và chắc (Hình 2.3 và 2.4). Meer (1980) đã báo cáo một sự gia tăng tuyến tính tương tự trong gel agar, khi nồng độ gum được nâng lên từ 1 đến 2%. Cần lưu ý rằng các điều kiện chuẩn bị có thể ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học chưa đo được và kết quả nhận biết được. Các nghiên cứu về độ đàn hồi của agar và mối quan hệ giữa cơng việc có thể phục hồi và mơ đun thư giãn tiệm cận có thể được tìm thấy.
Các thông số cơ học khác được sử dụng để mơ tả các tính chất vật lý của gel agar là hệ số độ cứng và tải trọng phá vỡ hoặc nứt của nó. Thơng tin về gel agarose rất đậm đặc cũng đã được cung cấp bởi các nghiên cứu DSC, lưu biến học, tia X và NMR. Điều quan trọng cần lưu ý là sự hòa tan agar trong dung dịch axit sôi gây ra sự phân hủy đáng kể. Độ ổn định của gel đạt được tốt nhất ở các giá trị pH nhỏ hơn 7. Việc bổ sung 10 mg.l-1 natri cacbonat vào agar có tính axit nhẹ giúp cải thiện độ bền của gel.