Chương 3: ỨNG DỤNG CỦA CARRAGEENAN
3.1. Ứng dụng của carrageenan
Cargrageenan được ứng dụng ở nhiều dạng khác nhau trong nhiều sản phẩm mà chúng ta sử dụng hằng ngày, nhất là trong lĩnh vực thực phẩm, bánh kẹo. Tính phổ biến của carrageenan như vậy, chính vì carrageenan là sản phẩm có độ an toàn cao đảm bảo sử dụng không độc hại trong thực phẩm cũng như trong nhiều ngành khác.
Các sản phẩm carrageenan đã được sử dụng như một thành phần thực phẩm trong nhiều thế kỷ. Thực phẩm carrageenan, với một trọng lượng phân tử trung bình điển hình trên 100kDa, đã được chứng minh là hoàn toàn an toàn và không độc, không có dấu hiệu gây viêm loét trên cơ thể, có thể sử dụng trong thực phẩm với những lượng không giới hạn. Ban quản lý thuốc và thực phẩm Mỹ cũng đã cho rằng thực phẩm có chứa carrageenan đã được công nhân chung là sản phẩm an toàn không có chất độc hoặc chất gây ung thư. Carrageenan đã được đưa vào danh mục các chất an toàn đối với việc sử dụng trong thành phần các sản phẩm thực phẩm.
Tính phổ biến của carrageenan trong các sản phẩm được thể hiện trong bốn đặc điểm sau:
− Thứ nhất, carrageenan tham gia như một chất làm đông đặc đối với một số sản phẩm như kem, sữ bơ, pho mát.
− Thứu hai, carrageenan là một chất làm bền nhũ tương để giúp cho các dung dịch ở trạng thái nhũ tương cân bằng với nhau mà không bị tách lớp riêng lẽ.
− Thứ ba, carrageenan làm thay đổi kết cấu của sản phẩm với tính chất hóa lý, cơ học như mong muốn, tạo ra các sản phẩm đông đặc có độ bền dai. Cuối cùng, carrageenan cũng giúp làm ổn định các tinh thể trong các sản phẩm như bánh kẹo để ngăn chặn đường hoặc nước đá kết tinh lại.
Chính vì vậy carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân (hình)
Hình 3.1: Tỷ lệ sử dụng carrageenan trong các sản phẩm khác nhau
3.1.1.Ứng dụng trong công nghiệp sữa
Carrageenan có tác động đáng kể với protein của sữa, làm cho các hạt nhũ tương sữa-nước bền vững. Chính vì tính chất này mà carrageenan không thể thiếu được trong công nghiệp chế biến sữa. Sữa nóng có chứa carrageenan được làm lạnh sẽ tạo gel. Gel giữ cho nhũ tương của sữa với nước được bền vững, không bị phân lớp. Tạo gel chính là sự tương tác giữa các ion sulphat với các đuôi mang điện của các phân tử protein và các cation Ca2+, K+ có mặt trong sữa.
Mức độ tạo gel với sữa của các carrageenan cũng khác nhau: κ-carrageenan và ι- carrageenan không tan trong sữa lạnh, do đó gel chỉ được tạo thành trong quá trình chuyển biến từ nóng (đun) sang lạnh. λ-carrageenan hòa tan trong suuawx lạnh, do đó không cần đun nóng vẫn tạo nhuux tương bền với sữa. Chính vì vậy, λ-carrageenan được ứng dụng nhiều hơn trong công nghệ chế biến sữa, làm bánh kẹo.
3.1.2.Ứng dụng trog ngành thực phẩm khác
Vì có giá trị nên carrageenan có thể thấy trong các loại thực phẩm khác nhau mà chúng ta sử dụng hằng ngày (bảng 3.1).
Một số trong nhiều thực phẩm có chứa carrageenan bao gồm: kem, sữa, pho mát làm từ sữa đã gạn kem, bánh pudding (một loại bánh ăn tráng miệng), sirô, đồ uống lạnh, mứt ít đường và sữa chua.
Dạng thực phẩm có thêm carrageenan
Dạng
carrageenan Chức năng của carrageenan
Nồng độ (% trọng lượng) Nước gel ngọt Sữa trứng lạnh Sữa sôcôla Sữa Kem sữa Kem Sữa đậu nành Chế biến pho mát Đóng hộp và chế biến thịt Nước chấm Bia hoặc rượu
κ-,ι- κ-,ι- λ- ι-, λ- κ-, ι- κ- κ-, ι- κ- κ- κ- κ- Tạo gel
Đông tụ, tạo gel Huyền phù, tạo miếng Tạo nhũ tương
Tăng độ bền của nhũ tương Ổn định nhũ, chống tách lỏng Huyền phù, tạo miếng
Nâng khả năng cắt lát mỏng Giữ độ ẩm, năng khả năng cắt lát mỏng Tạo hương vị 0,6-0,9 0,2-0,3 0,01-0,03 0,05 0,01-0,05 0,01-0,02 0,02-0,04 0,5-3,0 0,6
Các công ty chế biến thịt cũng đã sử dụng carrageenan trong quá trình chế biến các món thịt thông thường và ít béo, bởi vì carrageenan có khả năng tăng hiệu suất các sản phẩm bằng cách giữ nước ở bên trong sản phẩm. Điều này cũng cho phép cắt thành các lát thịt cứng và khô. Ngoài ra, carrageenan đã được phát triển thành các sản phẩm thay thế các sản phẩm béo dựa trên cơ sở carrageenan có khả năng hình thành một gel khỏe và có vị béo rất tự nhiên. Theo xu hướng này, carrageenan có khả năng bắt chước kết cấu và tính cố hữu của chất béo để tiếp cận mới vào các thực phẩm ít béo và không béo.
κ-carrageenan cò được sử dụng nhiều trong các loại đồ uống. Carrageenan này được thêm vào bia hoăc rượu để tạo phức với protein có mặt trong đó và kết lắng chúng làm cho sản phẩm được trong hơn.
3.1.3.Các ứng dụng trong kỹ thuật
Ngoài việc ứng dụng trong thực phẩm, carrageenan còn được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật. Thí dụ: κ- hoặc ι-carrageenan (0,15-0,25%) được sử dụng để ổn định và ngăn chặn sự lắng các hạt màu của sơn nước và mực. Việc thêm carrageenan cũng làm cải tiến khả năng chảy của sơn. Người ta còn thêm ι-carrageenan (0,25-0,8%) để làm ổn định các chất không tan trong huyền phù mài mòn và men gốm sứ.
Trong công nghệ khoang giếng dầu, carrageenan và các polysaccharide khác đã được sử dụng để làm tăng độ nhớt của dung dịch khoan.
3.1.4.Ứng dụng trong mỹ phẩm và thuốc đánh răng
Không giống như các loại ttinh bột và cellulose, carrageenan không bị phá hủy bởi các enzyme cellulose, bởi vậy carrageenaan cũng có thể sử dụng trong hướng khác mà nó không liên quan đến thực phẩm. Do các đặc tính tạo gel và khả năng tạo màng mà carrageenan còn có các ứng dụng khác như để chhees tạo các sản phẩm: thuốc đánh răng ở các vùng nhiệt đới, chất dưỡng tóc, nước gội đầu, phim ảnh.
Mô hình thuốc đánh răng là hỗn hợp phức của các thành phần vô cơ và hữu cơ tạo nên thể huyền phù trong một pha liên tục, được lầm ổn định bởi một chất keo tụ. Để ngăn chặn sự phân tách pha lỏng và pha rắn trrong sản phẩm người ta thêm ι-carrageenan (0,8- 1,2% trọng lượng) làm chất keo tụ vào hỗn hợp.
λ-carrageenan (0,11-1,0% trọng lượng) được sử dụng trong dung dịch mỹ phẩm ở
dạng lỏng và kem. Cấc dạng carrageenan tự nhiên có trọng lượng phân tử thấp đều được
sử dụng để làm chất ổn định và đông tụ trong các loại nước gội đầu.
3.1.5.Ứng dụng trong y, dược học
Ngoài những ứng dụng nêu trên, hiện nay người ta đang chú ý tới hoạt tính sinh học của polysaccharide này để sử dụng trong y dược.
Đã có những công trình nghiên cứu phát hiện thấy λ-carrageenan, κ-carrageenan từ rong Đỏ Gigartina skottsbergii, Stenogramme interrupa; carrageenan từ Hypnea
musciformis wulfen và một số loài rong Đỏ khác có tính chất kháng bổ trợ, hạn chế phát triển huyết khối (thrombsis), chống huyết khối (anti-thrombic), chống đông tụ (anticoagulant), làm hạn chế u xơ, chống xơ vữa động mạch (anti-atherosclerosis), ức chế hoạt động của virus baoo gồm herpes simplex virus, cytomegalovirus, vescular stomatitis virus, virus làm suy giảm hệ miễn dịch của người (human immunodeficiency virus), chống sao chép virus hepatitis A (antiviral activity on hepatitis A virus replication), ức chế sự phát triển của HIV và herpes, đặc biệt là ức chế papillomavirus, virus gây ung thư buồng trứng.
Một trong những lợi ích khác là carrageenan hoạt động như một dạng sợi hòa tan, trong đó nó có thể hấp thụ nước và làm chậm lại sự rỗng của dạ dày. Điều này rất có lợi cho những người biij bệnh tiểu đường, có tác dụng làm giảm mức độ nguy hiểm do tăng lượng đường trong máu xảy ra ngay sau bữa ăn.
Vì có những hoạt tính sinh học đáng quý trong nghiên cứu y học mà carrageenan cò được sử dụng trong xét nghiệm Rat-paw edema cho ra các loại thuôc mới, như sự phát triển của một vài loại thuốc chống viêm. Ngày nây, carraageenan được công nhận nhưu là tác nhân có thể ngăn chặn hoặc ức chế sự phát triển của viêm nhiễm virus qua đường tình dục. Do đó, carrageenan có thể được coi như những loại dược phẩm đầy hy vọng để sản xuất thuốc mới chống HIV.
Trong công nghiệp dược, carrageenan được sử dụng làm tá dược. ι-carrageenan (0,1-0,5% trọng lượng) được sử dụng để làm bền nhũ tương và huyền phù khi chuẩn bị các loại thuốc không tan và khoáng dầu. Sự tạo phức giữa carrageenan và phân tử thuốc có tác dụng kiểm soát, phát hiện các thành phần của dược phẩm. Trong sản xuất thuốc viên, carrrageenan được sử dụng như chất phủ ngoài.
3.1.6.Ứng dụng trong nông nghiệp
Các oligosaccharide của carrageenan là các chất sinh học có hoạt tính kích thích sinh trưởng, thụ tinh. Các oligosaccharide này được điều chế một cách dễ dàng bằng cách thủy phân carrageenan. Các chất này có khả năng kích thích cho sự tích lũy dinh đuogữ
và tái tạo lại sữ sản xuất ủa mùa màng, dẫn đến sự thụ phấn cho hoa và quả tốt hơn. Các oligosaccharide sulphaat đã được công nhận có tác dụng bảo vệ cây. Do đó, oligosaccharide có thể sử như một chất tăng trưởng tự nhiên.
3.2.Tình hình sản xuất carrageenan trên thế giới 3.2.1. Sản xuất carrageenan
Ngày nay, carrageenan được sản xuất nhiều ở các nước co vùng biển nhiệt đới. Các nước như: Philipin, Indonexia, Brazin, New Zealand… thuận tiện cho các loài rong Đỏ phát triển. Cũng chính vì vậy, Philipin là nước có thị phần xuất khẩu caoo nhaatts, chiếm 80% toàn thế giới. Mỹ và các nước Tây Âu là các nước nhập carrageenan nhiều nhất.
Carrageenan được ứng dụng trong công nghiệp đầu tiên vào năm 1940 như là chất làm bền nhũ tương cho chế biến kẹo sữa sôcôla. Nhưng vì nhanh chóng được sử đụng rộng rãi trong nhiều ngành, nên sản lượng hàng năm của carraageenan trên thế giới tăng lên rõ rệt: năm 1992 – 10.000 tấn; năm 1996 – 20.000 tấn; năm 1997 – 26.000 tấn. Trong năm 2000, riêng Châu Á sản xuất 33.000 tấn. So với các polysaccharide khác, carrageenann có giá trị thương phẩm lớn nhất (triệu USD): carraggeenan – 263, agar- 200, peectin – 147, alginat – 130, guar – 77.
Từ các loài rong khác nhau chiết được các dạng carrageenan chủ yếu, có loài chỉ chứa chủ yếu κ-, hoặc ι-, hoặc λ-carraageenan. Cũng có loài chứa dạng hỗn hợp lai hóa κ-/ι- và kèm một lượng nhỏ μ-, ν-, λ-carrageenan. Ngoài ra, thành phần và hàm lượng carrageenan còn phụ thuộc vào vị trí tạo thành của các nhánh rrong, các pha của chu kỳ sống và các mùa thu hoạch. Sự xuất hiện lai hóa của κ/ι-carrageenancó trong tự nhiên, và chúng được sản xuất trong một khoảng rộng với tỷ lệ khác nhau bởi các loài khác nhau.
Rong biển có chu kỳ sống với sự thay đổi các pha: thể giao tử và thể bào tử. Các pha của chu kỳ sống ảnh hưởng rất lớn đến sự lai hóa. Trong pha thể giao tử lai hóa κ/ι- carrageenan được sinh sản, còn trong pha thể bào tử thì chủ yếu là λ-carrageenan được sinh ra. Sản phẩm chiết, tách từ cá loài thuộc họ Gigartinaceae và các chi Stenogramme,
Ahnfeltia và Gymnogongrus khác nhau là các carrageenan lai hóa với tỷ lệ κ-/ι- carrageenan khác nhauu.
Với đặc tính nêu trên, phương pháp chiết tách carrageenan từ mỗi loài rong khác nhau cũng khác nhau. Nhưng về nguyên tắc, chiết tách carrageenan bao giờ cũng gồm những bước chính sau:
1. Lựa chọn và làm sạch nguyên liệu cho mỗi sản xuất
2. Khử màu
3. Chiết bằng nước (có kiềm hoặc không)
4. Cô đặc
5. Kết tủa với rượu hoặc với KCl
6. Sấy
7. Nghiền
