Carrageenan là polymer mạch thẳng với liên kết luân phiên của β-D- galactopyranora qua liên kết 1,3 và α- D-galactopyranora qua liên kết 1,4. Carrageenan được tạo thành chủ yếu nhờ mạch poly D-galactoza bị sulphate hóa có phân tử lượng từ 500 ÷ 700 đvc.
Hình 1.4: Cấu tạo chung của Carrageenan
Mức độ sulphate hóa của các gôc D-glactoza khác nhau thì cho ta các loại
Carrageenan khác nhau. Carrageenan tự nhiên từ các loài rong là hỗn hợp khác nhau
của các loại Carrageenan như mu, nu, kappa, iota, lamda, xi, theta. Sự lai hóa giữa
chúng trong một khoảng biến thiên của mức độ anhydrid hóa và sulphate hóa ở vị
trí carbon số 2 của gốc đường có liên kết 1,4.
K-Carrageenan là một loại polymer của D-galactose- 4-sulfate và 3,6- anhydro D-galctose. Iota-Carrageenan cũng có cấu tạo tương tự như k-Carrageenan,
nhưng ở gốc 3,6-anhydro D-galactose bị sulphate hóa ở vị trí carbon số 2. Vì vậy
tính kỵ nước của iota-Carrageenan ít hơn và gel mềm hơn so với k-Carrageenan. Lamda-Carrageenan có monomer hầu hết là các D-galactose- 2-sulfate (liên
kết 1,3) và D-galactose-2,6-disulfate (liên kết 1,4).
- mu và nu Carrageenan khi được xử lý bằng kiềm sẽ chuyển thành kappa và iota- Carrageenan
Hình 1.5: Tác động của môi trường kiềm đến cấu tạo của Carrageenan
Carrageenan có rất nhiều ứng dụng trong thực tế kể cả trong lĩnh vực thực
phẩm và phi thực phẩm. Trong thực phẩm nó có thể ứng dụng:
- Trong sản xuất sữa để làm tăng khả năng tạo nhũ.
- Carrageenan được bổ sung vào bia, rượu, dấm làm tăng độ trong.
- Trong sản xuất bánh mì, bánh bicquy, bánh bông lan…Carrageenan tạo
cho sản phẩm có cấu trúc mềm xốp.
- Trong công nghệ sản xuất chocolate:bổ sung Carrageenan vào để làm tăng độ đồng nhất, độ đặc nhất định.
- Trong sản xuất kẹo:Làm tăng độ chắc, độ đặc cho sản phẩm.
Đặc biệt ứng dụng nhiều trong lĩnh vực chế biến thủy sản: Carrageenan được ứng dụng tạo lớp màng cho sản phẩm đông lạnh, làm giảm hao hụt về trọng lượng và bay hơi nước, tránh sự mất nước của thịt gia cầm khi bảo quản đông.
Carrageenan đã được ứng dụng để tạo gel với protein tạo cấu trúc, làm tăng
tính dẻo dai, đồng nhất cho sản phẩm. Đặc biệt nó đã thay thế được Borat trong sản
xuất giò lụa mà vẫn đạt được các đặc tính công nghệ 8
Theo công trình : “Nghiên cứu sử dụng các hoạt chất sinh học biển để thay
thế các chất độc hại trong bảo quản nông sản sau thu hoạch và chế biến thực phẩm”
của PGS-TS Trần Thị Luyến và cộng sự cho thấy Carrageenan có vai trò quan trọng
trong việc tạo nên độ gắn thực phẩm, độ giòn cho giò chả. Đặc biệt Carrageenan còn giữ được mùi thơm của giò chả hơn hẳn hàn the. Kết quả cũng cho thấy có thể (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
sử dụng Carrageenan để thay thế hàn the trong chế biến bánh đúc dân gian.
Carrageenan có khả năng làm tăng độ đông kết và độ giòn của bánh đúc không thua kém hàn the. Đã sản xuất được chế phẩm Carramin từ Carrageenan. Chế phẩm này có khả năng gắn kết , giữ mùi thơm và tạo độ giòn cho giò chả. Sản phẩm đã đưa ra
sản xuất thử có kết quả tốt mức giá tương đối hợp lý. Với mức giá 200000 đ/Kg, hàm lượng bổ sung là 0.2% chi phí chỉ khoảng 0.4 ngàn đồng cho 1 Kg giò chả.
Giá cả phù hợp có thể chấp nhận được và cách sử dụng rất đơn giản.
Do Carrageenan mang điện tích âm của gốc OSO3- nên có khả năng liên kết
với protein qua gốc amin mang điện tích dương khi pH khác pI(pI là pH ở điểm đẳng điện), hoặc liên kết với protein qua gốc –COO- nhờ Ca2+.
Hình 1.6: Mô hình phản ứng giữa Carrageenan với protein
Carrageenan có tính chất tạo gel đông, trong môi trường có Ca2+ thì sức đông
của nó tăng lên rất lớn do có sự tạo thành liên kết canxisulphate giữa các phân tử
Carrageenan
Hình 1.7: Mô hình tạo gel đông của Carrageenan
Carrageenan ở thể dung dịch, phân tử hòa tan ở dạng cấu trúc bậc 1 vô định
nhờ liên kết hydro của oxy ở C6, tạo cấu trúc bậc 2,3, lúc này trong dung dịch có sự
sắp xếp vô trật tự các phân tử vừa có cấu trúc bậc 1 vừa có cấu trúc bậc 2 , tạo dung
dịch có cấu trúc bậc 3. Khi nhiệt độ tiếp tục hạ xuống, độ nhớt của dung dịch tăng
cao, các xoắn kép lại có xu thế định hướng liên kết với nhau qua các nhóm OH
mạch bên tạo nên trạng thái ổn định, trật tự và ở trạng thái gel đông. Trường hợp có
mặt Ca2+ gel đông bền vững do tạo thành các liên kết canxisulphate giữa 2 phân tử
Carrageenan hoặc giữa các cặp xoắn kép 5
Carrageenan ngày càng dược ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực của đời
sống, các nhà nghiên cứu và các trường đại học lớn đang nghiên cứu dùng nó để
thay thế các phụ gia độc hại. Theo công trình nghiên cứu của University Science Malaysia nghiên cứu các hiệu ứng của Carrageenan với phương pháp sản xuất đậu
phụ bằng CaSO4 và (CH3COO)2Ca, Glucono-d-lacton thì người ta thấy rằng
Carrageenan làm tăng sản lượng của 2 phương pháp làm bằng CaSO4 và (CH3COO)2Ca lần lượt là 47% và 30% 13 . Điều đó chứng tỏ Carrageenan có thể ứng dụng trong sản xuất đậu phụ.
Iota-Carrageenan tạo gel mềm với Ca2+, gel của k-Carrageenan giòn dễ vỡ
với K+ còn lamda-Carrageenan không tạo gel . Vì vậy iota-Carrageenan rất phù hợp
làm chất tạo gel với protein đậu nành để làm đậu phụ. Iota-Carrageenan có nhiều
Hình 1.8: Rong Eucheuma denticulatum Khánh Hòa
Hiện nay Việt Nam chúng ta đang phát triển rất nhanh nghề nuôi trồng rong biển. Đối tượng rong sụn cũng đang được quan tâm, rong sụn được trồng nhiều là rong Kappaphycus alvarezii và công nghệ chế biến kappa-Carrageenan cũng đang được hoàn thiện và ứng dụng vào thực tế. Rong Eucheuma denticulatum mới được
du trồng vào Việt Nam nó hiện đang được nuôi trồng tại Đầm Môn Nha Trang. Đây là đối tượng rong mới ở Việt Nam, nên nghiên cứu chế biến và ứng dụng nó còn rất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hạn chế. Để đối tượng này nuôi trồng ổn định và phát triểnở Việt Nam chúng ta cần
nghiên cứu quy trình chế biến và ứng dụng vào thực tế nâng cao giá trị kinh tế của đối tượng này. Tránh xuất thô nguyên liệu như hiện nay là sự lãng phí tài nguyên,
trong khi đó chúng ta phải nhập i-Carrageenan với giá rất cao. Hơn nữa loại rong
này rất mềm và trắng có thể xử lý trực tiếp làm thực phẩm. Chất lượng rong
Eucheuma denticulatum được trồng ở Việt Nam tương đối tốt. Theo công trình nghiên cứu của các tác giả thuộc Viên Hóa Học, Viện Nghiên Cứu Và ứng Dụng
Công Nghệ Nha Trang thì Carrageenan tách từ rong Eucheuma denticulatum trồng
tại Nha Trang có cấu trúc hóa học của một disacarit của nó là β-(1-3)-D-galactose- 4-sulfate và α-(1-4)-3,6-anhydro-D-galactose-2 sulfate, trong nước nó có cấu hình dạng que xoắn. Trọng lượng phân tử bằng 566x103 đvc, tỷ lệ đường galactose so
với 3,6 anhydro galactose là 2:1, Carrageenan có cấu trúc lý tưởng thì tỷ lệ này là
1:1. Điều này chứng tỏ rằng i-Carrageenan đang được nghiên cứu có cấu trúc hoá
học phức tạp hơn có thể là luân phiên của 2 gốc galactose và 1 gốc
anhydrogalactose 9
Vì vậy nếu đề tài thành công thì không những giải quyết được vấn đề vệ sinh
an toàn thực phẩm vẫn nhức nhối lâu nay trong sản xuất đậu phụ. Mà còn góp phần
giải quyết một phần đầu ra cho cây rong sụn sần(Eucheuma denticulatum), cải thiện
thu nhập cho người làm nghề, nâng cao giá trị cho cây rong sụn sần. Mặt khác
Carrageenan cũng có tác dụng sinh học nhất định khi bổ sung vào thực phẩm với lượng
vừa phải nó sẽ giúp bộ máy tiêu hóa hoạt động trơn chu hơn đảm bảo sức khỏe cho người sử dụng. Hơn nữa bổ sung rong biển nói chung và Carrageenan vào thực phẩm nói riêng là chúng ta đang đưa thiên nhiên đến gần cuộc sống của chúng ta hơn.
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
Nghiên cứu xác định tỷ lệ Carrageenan và mono canxiphosphate thích hợp để tạo chế phẩm Carrafate.
Xây dựng quy trình sản xuất đậu phụ theo phương pháp Carrageenan, sản lượng cao, sản phẩm đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
Sản xuất thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm và tính chi phí thực
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu để sản xuất đậu phụ là :
- Đậu nành giống DT2001 trồng ở Hải Dương vụ đông thu hoạch tháng
1/2008.
Hình 2.1: Đậu nành giống DT2001 trồng ở Hải Dương
- Carrageenan bán tinh chế sản xuất theo quy trình:
có độ ẩm 18%, độ nhớt 100 mpas, sức đông 105g/cm2 .Được sản xuất từ rong
tuổi. Đây là loại rong mới được trồng ở Việt Nam có giá trị kinh tế cao và được dùng để làm nguyên liệu để sản xuất iota-Carrageenan. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Monocanxiphosphate dùng trong thực phẩm (E450vii) có MTDI là 70.
Hình 2.2: Carrageenan bán tinh chế và mono canxiphosphate 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Carrageenan và monocanxiphosphate, nhiệt độ tạo gel tới hiệu quả của
quá trình tạo gel làm cơ sở để tạo chế phẩm Carrafate. Và xây dựng quy trình sản
xuất đậu phụ theo phương pháp Carrageenan có hiệu quả kinh tế và chất lượng sản
phẩm tốt. Để đánh giá hiệu quả của quá trình tạo gel chúng ta xác định sản lượng và
độ bền nén của gel tạo thành. Vậy chọn hàm mục tiêu làY1: sản lượng tạo gel, gam
(Y1 Max); Y2: độ bền nén, gam/ cm2 (Y2 Max)
Sản lượng của gel tạo thành là khối lượng gel thu được trên một mẻ thí
nghiệm sau quá trình tạo gel và ép định hình. Sản lượng cao chứng tỏ Carrageenan liên kết được tối đa với protein và cấu trúc gel tạo thành rất tốt có khả năng nhốt được nhiều nước trong cấu trúc gel của nó. Để xác định sản lượng của gel tạo thành ta sử dụng cân kỹ thuật có độ chính xác ± 5g cân lượng gel thu được sau ép tách nước và định hình. Sau tạo gel với Carrageenan được 5 phút, múc hoa đậu đi ép định hình, ép định hình khoảng 30 phút để loại bớt một phần nước, tháo khuôn và
cân lượng gel thu được. Khối lượng gel thu được chính là sản lượng tạo gel trên một
mẻ.
Độ bền nén là giới hạn ứng suất nén làm cho vật liệu bị biến dạng và phá hủy.Ứng suất nén là ứng suất xuất hiện khi vật liệu bị ép nén đúng tâm(σ). Khi một
vật bị ép nén đúng tâm thì trên toàn bộ tiết diện vuông góc với phương của lực xuất
hiện một ứng suất chống lại sự biến dạng của lực gây ra. Khi lực tác động làm cho vật liệu bắt đầu biến dạng và phá hủy thì ứng suất sinh ra khi đó chính là độ bền nén
của vật liệu. A F (g/ cm2) (2.1)
Trong đó F là lực tác động lên diện tích A(cm2)
Khi A = 1 cm2 thì σ = F đó là nguyên lý để xác định độ bền nén. Dùng thiết bị đo sức đông để xác định độ bền nén của gel tạo thành.
Phương pháp xác định: sau khi ép định hình dùng khuôn Ф 30 cắt khoanh sau đó đưa khoanh mẫu vào bàn làm việc của thiết bị đo. Điều chỉnh con dấu sao
cho tâm con dấu trùng với tâm của khoanh mẫu. Đặt nhẹ nhàng con dấu lên bề mặt
của khoanh mẫu, đặt nhẹ cốc hứng lên đĩa gắn cùng trục với con dấu. Nếu bề mặt
mẫu chưa bị phá hủy thì cho nước vào cốc với lưu lượng 1 ÷ 2 ml/phút. Quan sát bề
mặt khoanh mẫu khi nào vỡ (thủng) thì dừng cho nước. Lấy khoanh mẫu ra và đem
cân toàn bộ vật nặng đè lên mẫu. Gọi x là số gram cân được thì độ bền nén là x (g/cm2).
2.2.1. Bố trí thí nghiệm 2.2.1.1. Quy trình dự kiến 2.2.1.1. Quy trình dự kiến Carrageenan Monocanxiphosphate Phối trộn Đậu nành. Ngâm Xay ướt Dịch sữa đậu thô Lọc thô Lọc tinh Sữa đậu Đun sôi Kết tủa Hoa đậu Chắt Tạo hình Bã Thành phẩm
2.2.1.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát To = ? To = ? Carrageena n Monocanxiphosphate Phối trộn Đậu Ngâm Xay Dịch sữa đậu Lọc thô Lọc tinh Sữa đậu Đun sôi Kết tủa Hoa đậu Chắt Tạo hình Bã Thành phẩm m =150 g =4.5 h Nước / đậu =7/1 = 6 phút mcarr =? mcanxi =? Nhận xét, thảo luận Kết luận Đánh giá chất lượng sản phẩm, so sánh với các quy trình khác Carrafate
Quy trình tối ưu
Khuôn 22×13
= 30 phút m =2.6 Kg
a. Bố trí thí nghiệm thăm dò lượng Carrageenan cần dùng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo công trình nghiên cứu của University Science Malaysia thì khi sử dụng
Carrageenan làm chất đồng tạo gel với protein thì sản lượng tăng 47%. Đối với phương pháp sản xuất bằng thạch cao thì sản lượng đạt được là 2.5Kg đậu phụ /1
Kg đậu nành. Vậy khi sản lượng tăng 47% thì 150g đậu nành thu được khoảng 550 g đậu phụ. Mono canxiphosphate có MTDI giống canxi polyphosphate, canxi
polyphosphate có ML là 6600 mg/ kg sản phẩm (cho vào sản phẩm tương tự
phomat). Ta coi ML của mono canxi phosphate cho vào sản phẩm đậu phụ bằng
ML của canxi polyphosphate. Vậy trong 550g đậu phụ ta có thể sử dụng 3.2 g mono
canxiphosphate, nhiệt độ tạo gel 85o C.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm như sau.
Carrageenan 3.2 g mcp Sữa đậu 5g 5.5g 6g 6.5g 7g 7.1g 7.5g Tạo hình Kết tủa Đun sôi Thành phẩm Xác định NS Chọn miền TN = 6phút To = 85oC = 5 phút Khuôn 22×13 = 30phút m =2.6Kg
b. Bố trí thí nghiệm thăm dò lượng mono canxiphosphate
Sau khi xác định được lượng Carrageenan lớn nhất có thể sử dụng chúng ta đi xác định lượng mono canxiphosphate cần sử dụng. Sơ đồ bố trí thí nghiệm như
sau: Ca(H2PO4)2 Carrageenanmax 3.6g 3.8g 4g 3.2g 3.4g Sữa đậu Tạo hình Kết tủa Đun sôi Thành phẩm Xác định NS Chọn miền TN = 6 phút To = 85oC = 5 phút Khuôn 22×13 = 30 phút m =2.6 Kg 3 g
c. Bố trí thí nghiệm thăm dò nhiệt độ tạo gel.
Theo quy trình của Trung Quốc thì nhiệt độ tạo gel là 85oC. Theo quy trình của Ngạc Văn Dậu thì nhiệt độ tạo gel là 95oC. Sau khi xác định được lượng
Carrageenan lớn nhất và lượng mono canxiphosphate nhỏ nhất sử dụng ta bố trí thí
nghiệm xác định nhiệt độ tạo gel như sau.
Ca(H2PO4)2min Carrageenanmax 75o 80o 85o 90o 95o Sữa đậu Đun sôi = 6 phút Tạo hình Kết tủa Thành phẩm Xác định NS Chọn miền TN To = 85oC = 5 phút Khuôn 22×13 = 30 phút m = 2.6 Kg
d. Bố trí thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm
Chọn phương pháp qui hoạch trực giao cấp I[2]:
Tổ chức thí nghiệm TYT2k; Với 2 mức của các yếu tố; k là các yếu tố ảnh hưởng, k = 3. Chọn mô tả toán học: Y = b0 +b1X1 +b2X2 + b3X3 + b12X1X2 +b23X2X3 +b13X1X3 +b123X1X2X3 Trong đó: b0:Hệ số tự do b1,b2, b3: Hệ số tuyến tính b12,b23, b13: Hệ số tương tác đôi b123: Hệ số tương tác ba
Tối ưu hoá từng hàm mục tiêu riêng lẻ bằng phương pháp dốc đứng của Box
và Wilson
Gồm các bước:
+ Chọn bước chuyển động jcủa các yếu tố có j.bj max;j=(0,3 0,7) j
+ Bước chuyển động của các yếu tố còn lại được tính theo công thức
i = j. j j i i b b . . ( 2.2)
Trong đó: j: Khoảng biến thiên của yếu tố thứ j
bj: Hệ số tuyến tính trong phương trình hối qui
Tối ưu hoá hàm đa mục tiêu bằng chập tuyến tính: Gồm các bước sau
Xây dựng từng hàm mục tiêu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tìm nghiệm tối ưu cho từng hàm mục tiêu