Là polymer có tính chất acid yếu, khơng màu, khơng mùi, khơng có hương vị rõ ràng, khơng tan trong các dung môi hữu cơ và nước. Là chất có tính chất hút nước, trương nở khi ngâm trong nước. [1]
Ở dạng acid hay muối kết hợp với các ion kim loại hóa trị II trở lên, alginate khơng tan trong nước nhưng có khả năng hút nước rồi trương nở tạo thành thể gel. Khi kết hợp với các cation hóa trị I như Na+, K+, NH4+, alginate tan trong nước tạo thành các dung dịch có độ nhớt cao. [3]
Độ nhớt tương đối của dung dịch alginate có thể bị giảm mạnh trong một thời gian ngắn trong những điều kiện thuận lợi cho việc cắt mạch. [3]
Sodium alginate khơng có nhiệt độ sơi hoặc điểm nóng chảy, ở nhiệt độ lớn hơn 3920F (>2000C) sẽ đơng lại. [6]
Các dung dịch alginate rất nhớt, có thuộc tính phụ thuộc vào tỉ suất M/G, khối lượng phân tử và sự hiện diện phân điện phân trong dung dịch. Độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng và bị ảnh hưởng nhẹ bởi độ pH từ 4-10. Dung dịch ở độ pH từ 5-10 có thể ổn định lâu ở nhiệt độ phòng. [6]
Khi phản ứng với những ion hóa trị II và III dung dịch alginate sẽ tạo gel, các gel này được tạo ở nhiệt độ phòng hay bất cứ nhiệt độ nào cho đến 1000C và chúng khơng tan chảy khi đun nóng. Đó là lí do tại sao alginate được dùng trong sản xuất bánh kem. Ngồi ra gel của alginate có ứng dụng trong nhiều ngành cơng nghiệp khác nhau, cả thực phẩm và y học. [3]
Các muối alginate tan trong nước được sử dụng như các chất làm cô đặc, các chất bình ổn và các tác nhân tạo màng trong ngành công nghiệp dược, thực phẩm, dệt và công nghiệp giấy…[3]
Alginic hịa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối kiềm hóa trị I hịa tan có độ nhớt cao. Muối kiềm hóa trị II khơng tan. [1]
Muối alginate của kim loại alkali, ammoinia và các amin có khối lượng phân tử thấp, tan ngay trong nước nóng hay lạnh nhưng các muối hóa trị II hay III thì khơng tan. [6]
Page | 21
Các loại muối alginate
Điều kiện acid (nước trái cây, rượu, nước
sốt salad…)
Điều kiện kiềm (Kansui…)
Trong dung dịch có cation hóa trị II (nước, sữa…)
Alginic acid Khơng tan Tan Không tan
Sodium
alginate Không tan Tan Không tan
Potassium
alginate Không tan Tan Không tan
Calcium
alginate Không tan Không tan Không tan
Ammonium
alginate Không tan Tan Không tan
Propylen glycol alginate
(PGA)
Tan Tan Tan
Bảng 5: Khả năng hòa tan của muối alginate trong các điều kiện khác nhau [6] II. Tính chất của của muối alginate với kim loại hóa trị II II. Tính chất của của muối alginate với kim loại hóa trị II
Có độ chắc cao, có khả năng tạo màu tùy theo kim loại, khơng hịa tan trong nước, có tỉ trong thấp. [1]
Khi ẩm thì dẻo (gel alginate), khi khơ có độ cứng cao và khó thấm nước. [1]
III. Tính chất của muối alginate với kim loại hóa trị I
Dễ bị cắt mạch bởi yếu tố acid, kiềm mạnh, nhiệt độ cao, enzyme. Dễ hòa tan trong nước, tạo dung dịch keo nhớt có độ dính, độ nhớt cao. [1]
Khi tương tác với acid vơ cơ thì tách alginic tự do. Vì vậy, lợi dụng tính chất này để tinh chế alginic, ứng dụng trong công nghiệp. [1]
Page | 22
IV. Độ nhớt
Khi hòa tan các alginate vào nước chúng sẽ ngậm nước tạo dung dịch nhớt. Độ nhớt phụ thuộc vào chiều dài của phân tử alginate.Bột alginate rất dễ bị giảm nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, cách sắp xếp của phân tử alginate cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nó. [1]
Trong một số trường hợp độ nhớt có thể gia tăng ở nồng độ thấp với sự hiện diện của một số cơ chất như: CaSO4, CaCO3. [1]
Ion Calcium liên kết với alginate tạo liên kết chéo trong phân tử gia tăng, sẽ làm gia tăng trọng lượng phân tử và độ nhớt. [1]
Độ nhớt: khi hòa tan các alginate vào nước, sẽ ngậm nước và tạo dung dịch nhớt, độ nhớt tỉ lệ thuận vào chiều dài phân tử của alginate. [1]
Nồng độ (%)
Độ nhớt
Thấp Trung bình Cao Rất cao
0.25 9 15 21 27 0.5 17 41 75 110 0.75 33 93 245 355 1 58 230 540 800 1.5 160 810 1950 3550 2 375 2100 5200 8750
Bảng 6: Độ nhớt của alginate, mPa.S (Broorkried, 20 rpm, 200C) [1]
Qua những thông số trên cho thấy sự thay đổi độ nhớt với những nồng độ khác nhau. Ở một số trường hợp độ nhớt có thể tăng lên với nồng độ thấp khi có sự hiện diện của một số muối như CaCO3, Calcium tartrate, ion Calcium liên kết với alginate tạo cầu nối giữa các phân tử làm tăng trọng lượng phân tử của độ nhớt dung dịch. [1]
Page | 23
V. Sự hóa dẻo
Sự hóa dẻo của màng có thể nâng cao bằng cách thêm vào các tác nhân làm dẻo cách này gọi là sự hóa dỏe. Kết quả làm cho độ bền của màng càng tăng lên, chính điều này giúp màng ít bị rách, đó là kết quả của quá trình co lại của các phân tử bên trong giữa các chuỗi polymer trong cấu trúc màng. Chất dẻo phải phù hợp với polymer sử dụng làm màng và cũng phải cùng hoạt tính tan với polymer. Các yếu tố khác là chất dẻo phải được giữ lại trong hỗn hợp lâu, ổn định cao, không bay hơi và màu, quan trọng là mùi của các chất này không làm ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất của màng (Guibert và Biquet, 1996). [1]
VI. Hợp phần từ alginate
Alginate có thể kết hợp với các thành phần khác để tạo thành màng hợp phần, nhờ sự kết hợp này mà cải tiến được đặc tính của màng. Màng hợp phần alginate và tinh bột được đánh giá là có độ bền cơ học cao (Nhóm Allen, 1693, Dahle, 1983). [1]
Lipid, sáp, các loại acid béo, các loại dầu, chất béo nó có thể kết hợp với alginate trong màng hợp phần alginate – lipid. Dựa trên tính kị nước sự kết hợp màng làm tăng cường rào cản sự bóc hơi nước. [1]
Tuy nhiên sử dụng lipid cịn có nhiều bất lợi do tạo ra mùi oi khét, mùi khó chấp nhận (Cruibeert & Biguet, 1996) sẽ ảnh hưởng chất lượng sản phẩm được bao màng. [1]
VII. Tính chất tạo màng của alginate
Các alginate cũng có khả năng tạo màng rất tốt. Các màng rất đàn hồi, bền, chịu dầu và khơng dính bệt. Màng thuộc nhóm polysacharide có khả năng ngăn cản oxi và lipid thấm qua vì thế sẽ ức chế được hiện tượng oxi hóa chất béo và các thành phần khác trong thực phẩm. Bên cạnh đó màng cịn có khả năng làm giảm thất thốt ẩm vì lượng ẩm trong màng sẽ bóc hơi trước ẩm trong thực phẩm, từ đó màng bào sẽ hơi khơ và co lại làm cho lượng ẩm bên trong khơng thốt ra được (Allen, 1963). [1]
Màng alginate được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm nhằm tăng thời gian sử dụng và bảo quản chất lượng sản phẩm được lâu hơn. àng bao ăn được có thể được sử dụng để làm giảm tác hại của quá trình chế biến gây ra. Màng bao
Page | 24 vừa có tác dụng kéo dài thời gian sử dụng vừa ngăn cản sự mất ẩm và sự di chuyển chất tan, phản ứng oxi hóa. [1]
Có thể tạo màng bằng các phương pháp sau: [7]
• Cho bốc hơi một lớp dung dịch alginate hịa tan trên bề mặt phẳng. • Dùng chất kết tủa thích hợp để xử lí màng từ alginate hịa tan.
• Tách ammoniac khỏi màng của dung dịch kẽm alginate, nhôm alginate, đồng alginate hoặc bạc alginate hịa tan trong ammoniac dư.
• Các alginate tích điện âm nên có thể tạo keo tụ với các chất tích điện dương. Nó hấp thụ nước rất tốt, có thể hấp thụ hơn 200 lần khối lượng phân tử của mình.
VIII. Kĩ thuật tạo gel
Alginate có thể tạo gel khơng phụ thuộc vào nhiệt độ so với các polysacharide khác như gelatin hoặc agar. Gel alginate có thể là gel ion (được hình thành do liên kết chéo cation) hoặc gel acid (được hình thành do kết tủa acid). [8]
• Gel ion [8]
Khả năng tạo gel ion của alginate khi có mặt các cation đa hóa trị hầu như được mong muốn trong các ngành công nghiệp thực phẩm. Quá trình liên kết của alginate với cation hóa trị II rất đặc trưng và ái lực của alginate đối với các cation theo thứ tự Mn < Zn, Ni, Co < Fe < Ca < Sr < Ba < Cd < Cu < Pb và nó phụ thuộc vào số lượng khối G có trong cấu trúc. Sự liên kết của khối G và cation hóa trị II dẫn đến tạo thành các gel ion. Việc sử dụng các cation độc tính cao như Pb, Cu và Cd bị hạn chế cho các ứng dụng thực tế, nhưng các cation ít độc hơn như Sr và Ba được sử dụng cho các ứng dụng cố định tế bào ở nồng độ hạn chế. Calcium được sử dụng rộng rãi để tạo gel ion và gel Ca-alginate được sử dụng phổ biến.
• Gel acid [8]
Gel acid được tạo thành khi pH nhỏ hơn hằng số phân ly (pKa) của polyme được sử dụng để tạo dung dịch. Sự giảm pH nhanh chóng dẫn đến sự kết tủa của các phân tử alginic thành các tập hợp, trong khi tốc độ giảm pH giảm dẫn đến sự hình thành gel số lượng lớn acid alginic liên tục. Độ mạnh của gel tương quan với hàm lượng khối G
Page | 25 trong chuỗi polyme giống như trong trường hợp gel ion, nhưng khác với gel ion ở chỗ liên kết Hidro trong gel acid được cho là ổn định chúng và dư lượng khối M có vai trị quan trọng trong quá trình tạo gel. Mặc dù gel acid alginic không quan trọng bằng gel ion do ứng dụng hạn chế nhưng chúng thường được sử dụng làm thuốc kháng acid để giảm chứng ợ nóng do trào ngược dạ dày.
Gel thành lập có thể kiếm sốt được thơng qua sự giải phóng ion Ca2+ hay dung dịch alginate.
Alginate hay hỗn hợp chứa nó được tạo gel bằng cách nhúng hoặc phun dung dịch chứa ion Ca2+.
CaCl2 là chất phổ biến thường được sử dụng đi chung.
Các ion Ca2+ sẽ phản ứng với alginate theo dạng “Box egg”. Trường hợp với việc chế biến các sản phẩm có bề dày mỏng và kích thước nhỏ hoặc tạo màng bao phía ngoài các sản phẩm.
Các alginate phản ứng mạnh với các ion Ca2+ hoặc alginate có chứa nhiều α-1,4-L- guluronic acid (G).
Page | 26
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TRONG CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM I. Trong cơng nghiệp thực phẩm I. Trong công nghiệp thực phẩm
Alginate đã được sử dụng trong thực phẩm trong 30 năm, các thử nghiệm cho động vật ăn rộng rãi trên sodium alginate và propylen glycol alginate đã cho thấy chúng là những sản phẩm lành mạnh, có thể ăn được và khơng gây dị ứng. [9]
Alginate được sử dụng nhiều trong sản xuất kem, socola, mayonnaise, bánh, món tráng miệng với công dụng làm đặc tạo cấu trúc ổn định cho sản phẩm. Vai trị của nó là chất ổn định trong kem đá bởi các tính chất như: ngăn cản và hạn chế tạp thành tinh thể của lactose, nhũ hóa các cầu béo, tạo ra độ nhớt cao, tạo ra gel có khả năng giữ nước tốt làm cho kem không bị tan chảy. Đối với bia đây chính là tác nhân chính tạo độ bền cho bọt bia. Màng Calcium alginate giúp bảo quản cá, thịt đông lạnh tốt hơn tránh được sự trở mùi khó chịu cũng như hạn chế được sự oxi hóa và sự tiếp xúc trực tiếp với khơng khí. Acid alginic cịn được sử dụng trong các loại nước uống cô đặc, bơ, bánh kẹo, phomat, trong mỹ phẩm vì có khả năng làm qnh, đặc và ổn định cấu trúc sản phẩm. [9]
Sodium alginate còn là chất ổn định trong kem, thay thế tinh bột và carrageenan, sodium alginate có thể ngăn được sự tạo thành tinh thể đá và làm tăng thêm mùi vị cho sản phẩm. Trong kem, ức chế hoàn toàn sự tạo thành tinh thể của lactose, nhũ hóa các cầu béo, làm bền bọt, tạo độ nhớt cho kem, tạo gel, có khả năng giữ nước cho kem, làm cho kem không bị tan chảy. [9]
Làm đặc và nhũ hóa: sodium alginate có thể nâng cao tính ổn định của sản phẩm và làm giảm lượng nước trong thực phẩm. (mayonnaise, món tráng miệng…) [9]
Hydrat hóa: sodium alginate làm cải thiện độ dai cho các sản phẩm mì ăn liền, miến làm cho chúng trở nên dai hơn, đàn hồi và giảm vỡ vụn, tỉ lệ gluten chứa trong bột mì có thể được nâng cao, là màng bao, nó có thể điều chỉnh hương vị, nâng cao điểm nóng chảy của sản phẩm… [9]
Trong sản xuất kem, acid alginic và muối của nó có thể dùng làm chất ổn định trong kem y, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn. [9]
Page | 27 Cho vào sữa bò với nồng độ keo sodium alginate 0.1% sẽ chống được hiện tượng các chất khơng hịa tan kết tủa (1.8%). [1]
Khi tinh chế rượu dùng sodium alginate 1% để làm trong, nếu cịn gặp khó khăn cho thêm than xương và Calcium vào. [1]
Với những thực phẩm có độ acid cao khơng thể dùng sodium alginate được thì propylene glycol alginate (PGA) là chất thay thế rất tốt vì nó bền được cả trong vùng pH= 0 – 3.
Một hợp chất của acid alginic có tê Lamizell là một muối kép của sodium và calcium với một tỉ lệ nhất định. Lamizell tạo ra được một độ nhớt đặc biệt và có khả năng kích thích ăn ngon miệng, do đó rất được quan tâm trong sản xuất thực phẩm. [1]
Sodium alginate cũng được dùng trong một số thực phẩm để hạn chế tăng trọng (1g sodium alginate chỉ cung cấp 1.4 Kcal. [1]
Gần đây, màng và chất phủ ăn được ngày càng được sử dụng nhiều hơn do đặc tính của chúng tương tự như các vật liệu tổng hợp thông thường. Màng ăn được đại diện cho cấu trúc biopolymer nhiều lớp mỏng có thể được tiêu thụ và thường được phủ lên bề mặt của các sản phẩm thực phẩm bằng cách đúc, phủ, phun, nhúng, đùn hoặc chải. Kỹ thuật phổ biến nhất để phát triển màng thực phẩm là phương pháp đúc. Phương pháp này sử dụng hỗn hợp alginate với nước khử ion, chất làm dẻo và các thành phần khác, sau đó khuấy từ trên đĩa nóng và đổ lên bề mặt làm khơ. Bề mặt được sử dụng để làm khơ đóng một vai trị quan trọng trong các đặc tính vật lý cuối cùng của màng. Do đó, các lá silicone ngày càng được sử dụng thường xuyên hơn, do độ kết dính thấp và khả năng tạo màng mịn của chúng. Nền thủy tinh hoặc lá Teflon cũng có thể được sử dụng, nhưng chúng có độ bám dính cao, và trong trường hợp khơng có hàm lượng chất hóa dẻo tối ưu, các màng thu được không thể tách rời khỏi giấy bạc được sử dụng để làm khô. [10]
Lớp phủ được áp dụng cho bề mặt sản phẩm bằng cách gói chúng trong dung dịch tạo màng và nó thường được sử dụng để đóng gói trái cây và rau quả. Phun, nhúng hoặc chải đại diện cho lớp phủ trực tiếp trên bề mặt thực phẩm (thường là rau, trái cây và thịt) và lớp phủ gián tiếp (trên bề mặt vật liệu đóng gói) và u cầu sử dụng các cơng cụ,
Page | 28 chẳng hạn như bàn chải hoặc dao trộn. Nên phun khi lớp phủ chỉ được áp dụng trên một mặt của sản phẩm. Lớp phủ ăn được thể hiện một lớp mỏng trên bề mặt sản phẩm. Thực tế là nhiều nghiên cứu về ứng dụng của lớp phủ đã được thực hiện ở quy mơ phịng thí nghiệm thực phẩm nhỏ, các ứng dụng thương mại vẫn gặp một số hạn chế nhất định. Để thực hiện quy trình tái chế khơng lãng phí quá nhiều dung dịch phủ và giảm tải lượng vi sinh vật của dung dịch trong q trình tái chế, có thể điều chỉnh lại các phương pháp thi cơng lớp phủ. Do đó, bằng cách thiết kế một phương pháp phun cho các bề mặt không đều hoặc bằng cách thiết kế các bể chân không quy mô công nghiệp, những nhược điểm liên quan đến phương pháp áp dụng của chúng có thể được ngăn chặn. [10]
Những màng và lớp phủ này được coi là một rào cản để ngăn chặn sự mất mát của các hợp chất hương vị dễ bay hơi của thực phẩm và để bảo vệ sản phẩm khỏi sự hư hại của vi sinh vật. Vì chúng có thể dễ dàng kết hợp với các chất tự nhiên (chất chống oxy