Đề tài Chất tạo đông

ợc về chất tạo đông. 1.1. Định nghĩa. 1.2. Một số chất tạo đông. 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel. 1.4. Phân loại. 2. Pectin. 2.1. Nguồn gốc. 2.2. Cấu tạo. 2.3. Các chỉ số đặc trưng. 2.3.1. Chỉ số Methoxyl - MI 2.3.2. Chỉ số Ester hóa - DE 2.4. Phân loại. 2.4.1. Dựa vào mức độ Methoxyl hóa và Ester hóa. 2.4.2. Dựa trên khả năng hòa tan. 2.5. Tính chất cùa Pectin. 2.6. Khả năng tạo đông. 2.6.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất tạo đông của Pectin. 2.6.2. Cơ chế tạo gel. 2.6.2.1. HMP 2.6.2.2. LMP 2.6.3. Vai trò của các cấu tử trong việc tạo gel Pectin. 2.6.3.1. Pectin. 2.6.3.2. Nước. 2.6.3.3. Acid. 2.7. Ứng dụng. 2.8. Quy trình sản xuất Pectin. 3. Alginic Acid và Alginate. 3.1. Nguồn gốc. 3.2. Cấu tạo. 3.3. Tính chất. 3.4. Một số loại muối Alginate. 3.4.1. Alginate Calcium. 3.4.2. Alginate Natri. 3.5. Quy trình sản xuất. 3.6. Ứng dụng của Alginic Acid và Alginate trong thực phẩm. 4. Carrageenan. 4.1. Nguồn gốc. 4.2. Cấu tạo. 4.3. Tính chất của Carrageenan. 4.4. Khả năng tạo gel. 4.5. Phương pháp sản xuất. 4.6. Ứng dụng trong thưc phẩm. 1.Sơ lược về chất tạo đông: 1.1. Định nghĩa: Chất tạo đông thuộc nhóm phụ gia cải tạo cấu trúc thực phẩm, bao gồm các polymer như polysaccharide, protein. 1.2. Một số chất tạo đông:    + Trong cây: cellulose, tinh bột, pectin.   Gum từ nhựa cây: gum arabic, gum karaya, gum ghatti, gum tragacanth   Hạt: guar gum, locust bean gum, tara gum, tamarind gum   Củ: konjac mannan   + Tảo (Algal)   Tảo đỏ: agar, carrageenan   Tảo nâu: alginate   +Vi sinh vật: xanthan gum, curdlan, dextran, gellan gum, cellulose   + Động vật: Gelatin, caseinate, whey protein, chitosan. 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel: - Liên kết giữa các phân tử:  + Độ bền gel phụ thuộc chủ yếu vào lực liên kết giữa các phân tử. +Nếu chiều dài của vùng liên kết dài thì 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 thì 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- Cấu trúc các phân tử:    +Những phân tử có nhánh không liên kết với nhau chặt chẽ, vì vậy không tạo những vùng liên kết có kích thước và sức mạnh đủ lớn để tạo thành gel. Chúng chỉ tạo cho dung dịch có độ nhớt và độ ổn định.   +Nhưng phân tử mạch thẳng tạo gel chắc bền hơn.- Điện tích phân tử:   +Đối với các polysacchride tích điện, lực đẩy tĩnh điện giữa các nhóm tích điện cùng dấu sẽ ngăn cản sự tạo thành liên kết.- Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiệt độ, pH và sự có mặt của các yếu tố khác trong dung dịch. 1.4. Phân loại: Có 2 loại gel: 1)Gel thuận nghịch về nhiệt như: Agar , Kappa carrageenan, Iota carrageenan, LMP, Gellan gum , Xanthan gum… 2) Gel không thuận nghịch về nhiệt :Alginate,High methoxyl (HM),pectin… 2.Pectin. 2.1.Nguồn gốc: Pectin có mặt trong quả, củ, thân cây. Đóng vai trò vận chuyển nước và xây dựng cấu trúc tế bào cho các trái cây đang trưởng thành. Duy trì hình dáng và sự vững chắc của trái cây. Tiền thân của pectin là protopectin không tan trong nước và có nhiều trong mô trái cây còn xanh, quá trình chín sẽ kèm theo sự thủy phân protopectin thành pectin dưới tác dụng của enzim protopectinaza thành pectin hòa tan. Khi quả chín các chất pectin bị phân hủy đến acid pectic và methanol làm cho quả bị nhũn và cấu trúc bị phá hủy. Ngoài ra acid giảm là do quá trình hô hấp decacboxyl hóa tạo ra các aldehyde và khí carbonic. Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin hòa tan và protopectin không hòa tan. Trong công nghiệp pectin được thu nhận từ dịch chiết của các nguyên liệu thực vật thường là táo hay các quả có múi như: cam, quýt, bưởi. Táo Cam Bưởi Quýt Hình1. Một số loại quả giàu Pectin 2.2. Cấu tạo: Polysaccaride dị thể, mạch thẳng, là dẫn xuất methyl của acid pectic. Acid pectic là một polymer của acid D-galacturonic, liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucoside. Mỗi chuổi gồm khoảng 10000 phân tử Galacturonic. Trọng lượng phân tử từ 20.000 - 200.000 đvC. Hình2. Cấu tạo của Pectin (Acid Galacturonic) Hình 3. Acid D-Galacturonic và đồng phân quang học (Acid L-galacturonic) Hàm lượng pectin 1% trong dung dịch có độ nhớt cao, nếu bổ sung 60 % đường và điều chỉnh pH môi trường từ 3,1-3,4 sản phẩm sẽ tạo đông. 2.3. Các chỉ số đặc trưng: 2.3.1. Chỉ số Methoxyl – MI: Biểu hiện cho phần trăm khối lượng nhóm methoxyl –OCH3 có trong phân tử pectin 2.3.2. Chỉ số Ester hóa – DE: Thể hiện mức độ este hóa của các phân tử acid galactoronic trong phân tử pectin. 2.4. Phân loại: 2.4.1. Dựa trên mức độ methoxy hóa và este hóa: + Pectin có độ methoxyl hóa cao – HM-Pectin: Hình 4. High Methoxyl Pectin DE >50 % hay MI > 7%. Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 và nồng độ đường trên 60%. + Pectin có độ methoxyl hóa thấp – LM-Pectin: Hình 5. Low Methoxyl Pectin DE < 50 % hay MI < 7%. Được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân tử pectin. Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường. Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm. 2.4.2. Dựa trên khả năng hòa tan: +Pectin hòa tan: methoxyn polygalacturonic. +Pectin không hòa tan: Protopectin-là dạng kết hợp của pectin-araban. Hình 6. Cấu tạo của một chuỗi Pectin 2.5. Tính chất của pectin: - Dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng, hơi xám, hơi nâu. - Có khả năng tạo gel bền. - Pectin không tan trong dung dịch ethanol. Trong cồn và dung dịch muối thì pectin bị kết tụ. - Bị phá hủy khi đun nóng ở nhiệt độ cao trong thời gian dài làm giảm tính đông của sản phẩm khi cô đặc. - Pectin tan trong nước tạo thành dung dịch có tính keo cao. Keo pectin có độ nhớt và độ bền rất lớn nên gây khó khăn trong quá trình làm trong khi cô đặc nước quả. - Trong quá trình chín, dưới tác dụng của enzim pectinaza hoặc với sự tham gia của acid hữu cơ, protopectin bị thủy phân thành pectin hòa tan cường lực liên kết giữa các tế bào giảm. - Khi quả chín pectin hòa tan thành acid pectic. - Các dạng pectin trong trái cây tồn tại cùng một lúc. - Tính chất quan trọng của pectin là có thể tạo đông ở nồng độ thấp(1-1,5%) khi có mặt đường 60-70% và acid 1%. Khả năng tạo đông phụ thuộc vào nguồn pectin, mức độ metoxin hóa và phân tử lượng của pectin. - Pectin lấy từ nguồn gốc khác nhau thi khả năng tạo gel khác nhau. 2.6. Khả năng tạo đông của pectin: •Các pectin và acid pectinic có các nhóm hydroxyl ( -OH) nên có khả năng hydrate hóa cao. •Các phân tử pectin mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau, do đó làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. à Vì vậy khi làm giảm độ tích điện và độ hydrate hóa sẽ làm cho các phân tử pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới 3 chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong. 2.6.1. Tính chất tạo đông của pectin được xác định phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau: ■Chiều dài mạch phân tử pectin: Chiều dài mạch pectin quyết định độ cứng của gel. •Nếu phân tử pectin quá ngắn thì nó sẽ không tạo được gel mặc dù sử dụng với liều lượng cao. •Nếu phân tử pectin quá dài thì gel tạo thành có độ cứng. Chiều dài phân tử pectin quyết định độ cứng của gel, chỉ có pectin có khối lượng phân tử không bé hơn 10000 mới có khả năng tạo gel, nếu chiều dài quá thấp thì nó không tạo gel được mặt dù dùng với liều lượng cao. ■Mức độ methoxyl hóa qui định cơ chế tạo gel. Khi pectin có cùng khối lượng phân tử thì khả năng tạo gel phụ thuộc vào mức độ este hóa các gốc của mach galacturonic tại các nhóm metoxyl (-OCH3). Nhóm metoxyl tăng từ 8 -11% thì độ bền đông tụ của nó tăng, ngược lại khả năng đông tụ giảm. ■Trong thành phần của phân tử pectin có thể có nhóm acetyl CH3CO, hàm lượng nhóm CH3CO có trong pectin, este hóa cao không quá 0,8% thì không ảnh hưởng đến khả năng tạo đông của pectin, song cao hơn thì khả năng đông tụ giảm. 2.6.2. Cơ chế tạo gel: 2.6.2.1. HMP: Tạo gel bằng liên kết Hidro ٠Điều kiện tạo gel: [đường] > 60%, pH = 3 - 3,5; [pectin] = 0,5 -1%. -Đường có khả năng hút ẩm và vậy nó làm giảm mức độ hydrate hóa của phân tử pectin trong dung dịch. -pH acid trung hòa gốc COO- làm giảm độ tích điện của các phân tử. Vì vậy các phân tử có thể tiến lại gần nhau để tạo thành liên kết nội phân tử và tạo gel. Liên kết hydro được hình thành giữa các phân tử pectin có thể hydroxyl-hydroxyl, carboxyl-carboxyl hoặc hydroxyl-carboxyl. Kiểu liên kết này không bền do đó gel tạo thành sẽ mềm dẻo bởi tính linh động của các phân tử trong khối gel. Cấu trúc của gel phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin, hoặc pectin và nhiệt độ 30 - 35 0C. Đường thêm vào pectin là sacharose. Do đó cần duy trì pH acid để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường sachrose. Tuy nhiên cũng không nên dùng qua nhiều acid vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo một lượng lớn sacharose sẽ gây kết tinh glusco và hoá gel nhanh gây ra hiện tượng vón cục. Khi nồng độ pectin vượt quá lượng thích hợp sẽ gây ra gel qua cứng. Khi sử dụng một lượng cố định bất cứ một loại pectin nào pH & nhiệt độ càng thấp và hàm lượng đường cao thì gel tạo thành càng nhanh. 2.6.2.2. LMP: Tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+. Vai trò của Ca2+ và ion kim loại khác trong việc tạo gel là: các nhóm carboxyl tự do liên kết lại nhờ các ion Ca2+ nên các phân tử acid pectic tác dụng tương hỗ lẫn nhau tạo thành khung bền vững. Dạng cation và anion có ảnh hưởng đến độ bền đông tụ các cation Ca2+, Al3+ làm tăng độ bền gel còn cation hóa trị I như Na+ ở điều kiện xác định có tác dụng ngược lại. Hình 7. Cơ chế tạo gel của LMP 2.6.3. Vai trò của các cấu tử trong việc tạo gel pectin: 2.6.3.1. Pectin: -Nồng độ của các phân tử pectin trong dung dịch càng lớn thì sự liên kết giữa các phân tử xảy ra càng nhanh và sự đông tụ được tạo ra càng bền. -Độ bền gel xác định theo chiều dài mạch phân tử và mức độ metoxyl hóa. -Pectin chất lượng tốt sẽ tạo ra sợi chỉ dài và chắc trong quá trình đông tụ. 2.6.3.2. Nước: - Độ ẩm của khối keo tăng thì quá trình tạo keo tụ càng nhanh (vì tăng tốc độ định hướng của các phân tử pectin do độ nhớt của dung dịch phân tán giảm). - Thời gian tạo đông của khối kẹo phụ thuộc vào độ ẩm, độ ẩm càng cao thời gian tạo đông càng giảm. -Trong quá trình bảo quản có thể bị tách nước hoặc lão hóa do các pectin đều là những chất keo háo nước nên có khả năng hydrat hóa cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydroxyl của chuỗi polymethyl galacturonic.Vì vậy chúng có khả năng đẩy lẫn nhau có khả năng làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Gây ra hiện tượng tách nước và “vỡ rữa” khối gel pectin. Do đó khi sử dụng cần phải hòa tan pectin vào nước, khi pectin hút đủ nước thì mới sử dụng ở công đoạn cuối chế biến. 2.6.3.3. Đường: -Vai trò của đường trong việc tạo đông là khử nước, giảm solvat hóa của các phân tử pectin. -Tùy vào số lượng và chất lượng pectin mà dùng lượng đường khác nhau. - Hàm lượng pectin càng cao, chất lượng của nó càng tốt thì đòi hỏi hàm lượng đường trong sự tao đông càng nhiều nhưng nếu lấy lượng đường không tương ứng với pectin. + Cao quá so với pectin thì độ bền đông tụ giảm và giảm tốc độ tạo đông. + Quá ít đường thì gel tạo ra sẽ quá cứng. - Khi dùng pectin có chất lượng tốt, nồng độ trong dung dịch là 0,6 – 1% thì hàm lượng đường cần đạt tới 65%. 2.6.3.4. Acid: - Yêu cầu của acid trong việc tạo gel pectin : + Acid cho vào phải có mức phân ly cao hơn acid pectit như vậy nó sẽ ngăn cản sự phân ly của acid pectit do đo các mixen pectit mất điện tích cùng dấu, chúng được nối lại thành sợi dài. + Khi cho acid vào thì ion hydro thay thế ion kim loại trong nhóm cacboxyl của phân tử pectin sau khi đã tẩy được acid pectit ra khỏi muối của nó.Vì muối của acid không tham gia vào quá trình tạo đông mà chỉ có acid pectit tạo ra đông tụ do đó khi thêm acid vào sẽ làm tăng tốc độ tạo đông tụ. +Acid tactric có tính hoạt động lớn nhất và acid citric hoạt động yếu nhất trong những acid dùng để sản xuất kẹo. Nồng độ tối thiểu của ion hydro để tạo ra đông tụ là 3,46. +Nồng độ của ion hydro càng cao thì khả năng tạo đôngtụ của dung dịch càng cao. - Hàm lượng của acid dùng để tạo đông không những phụ thuộc vào tính chất của acid mà còn phụ thuộc vào số lượng và chất lượng của pectin, hàm lượng đường. + Hàm lượng ion hydro càng cao thì hàm lượng pectin dùng càng ít trong việc tạo ra đông tụ. +Nếu pectin có khả năng đông tụ yếu thì nồng độ của acid nên tăng nhưng chỉ trong một giới hạn nhất định. + Pectin có chất lượng tốt thì pH thích hợp cho môi trường đông tụ là 3 – 3,2. -Hàm lượng đường tỉ lệ nghịch với hàm lượng acid đưa vào. Do hàm lượng acid cao làm tăng hàm lượng đường chuyển hóa do tăng tính háo nước của sản phẩm. 1.7. Ứng dụng trong thực phẩm: -Pectin là tác nhân tạo gel quan trọng nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc gel cho thực phẩm, chủ yếu là những thực phẩm có nguồn gốc từ rau quả. Khả năng tạo gel của nó còn được sử dụng ở những thực phẩm cần sự ổn định của nhiều phụ gia, hoặc trong sản phẩm cuối, hoặc ở một giai đoạn tức thời trong qui trình sản xuất. -Tác dụng tạo gel của pectin được sử dụng chủ yếu ở những loại thực phẩm cần có hình dạng thật tự nhiên như sản phẩm mứt trái cây và mứt đông. -Ngoài ra pectin còn dùng để sản xuất kẹo mềm hoa quả. Mứt quất Kẹo dẻo Mứt dâu Hình 8. Một số sản phẩm của Pectin 1.8. Quy trình sản xuất pectin: Nguyên liệu → Rửa → Xay nhỏ → Thủy phân → Lọc → Cô đặc → Bảo quản (dạng dung dịch) ↓ Bảo quản (dạng khô) ← Sấy khô ← Rửa sạch ← Kết tủa 3. Alginic Acid và Alginate: 3.1. Nguồn gốc: Alginic Acid là một loại polisaccharid đặc biệt có nhiều trong các loài tảo nâu. Tỷ lệ acid manuranic cao trong vách tế bào còn non và trong những phần linh hoạt của thực vật như là túi của tảo bẹ. Acid Gluronic ngày càng tăng trong vách tế bào trưởng thành, thân, gốc bám. Những khối Gluronic Acid tính toán đạt 50% tổng cộng alginat trong những gốc bám liền của tảo bẹ. Nhưng chỉ có 35% trong cơ quan độc lập còn non. Nhưng gel alginate lá không hình thành trong mùa lạnh Alginate alcid là một loại polyumic được chiết suất từ các loại tảo nâu (phaeophyta) bằng cách ngâm trong dung dịch kiềm. Nó có thể được điều chế bằng cách kết tủa phần chiết xuất với một acid khoáng hay bằng cách xử lý phần chiết để thu được Calcium Alginat chưa tinh khiết, trong quá trình xử lý tiếp bằng một acid khoáng, nó được chuyển thành Alginic Acid với độ tinh khiết cao. Alginic Acid thường tồn tại ở dạng muối Alginate CA, Fe, Mg, tham gia vào cấu trúc của thành và màng tế bào. Hình 9. Tảo nâu chứa nhiều Alginate Acid 3.2. Cấu tạo: Là một copolymer mạch thẳng được cấu tạo từ 2 gốc Uronate là b -D- manuromat và a- L- gluconate, thông qua liên kết 1-4 glucosit. Hình 10. Cấu tạo mạch Alginate Hai gốc Uronate đều là các vòng pyraose nhưng có cấu hình khác nhau. Gluconate có cấu hình 1C4 Manuromat có cấu hình 4C1 Hai gốc Uronate phân bố trong mạch Alginate theo các block. Có 3 loại block là: -Block homopolygluronat G-G-G-G -Block homopolymanuromat M-M-M-M -Block luân phiên (alternating) M-G-M-G Hình 11. Sự phân bố các gốc Uronate trong mạch Alginate Công thức (C6H8O6)n Đơn vị cấu tạo: 176 (lý thuyết), 200 (thực tế) Khối lượng phân tử: 10.000 – 600.000 3.3. Tính chất: Không tan trong nước và các dung môi hữu cơ (như ethanol, ether và chloroform), tan chậm trong các dung dịch Carbonate Natri, Hydroxide Natri, TriNatri Phosphate. 3.4. Một số loại Muối Alginate: 3.4.1. Alginate Calcium: (C6H7Ca1/2O6)n Không tan trong nước và ether; tan nhẹ trong ethanol; tan chậm trong những dung dịch natri polyphosphate, natri carbonate, và các chất kết hợp với ion calcium. Hình 12. Cấu tạo Alginate Calcium P Sự tạo gel Alginate Calcium: Alginate Gel tạo thành khi có thêm các cation chủ yếu là Ca2+ hay ở pH thấp. Các phân tử liên kết chéo với nhau bằng các ion.    Ca2+ Hình 13. Cơ chế tạo gel Alginate Calcium. 3.4.2. Alginate Natri (C6H7NaO6)n Tan chậm trong nước, tạo thành dung dịch nhớt; không tan ethanol, ether và chloroform Đơn vị cấu tạo: 198.11 (lý thuyết), 222 (thực tế) Khối lượng phân tử: 32.000 – 250.000 Hình 14. Cấu tạo Alginate Natri Sản xuất các sản phẩm có: - Độ dày thấp - Kích thước nhỏ - Màng bao bên ngoài Kết hợp Na Alginate - Pectin để sản xuất các sản phẩm dạng gel như mứt trái cây (táo, cam, …) 3.5. Qui trình sản xuất alginate: Rong mơ → Nghiền → Rửa nước → Trích ly → Làm sạch → Lọc → Dịch lọc ↓ Sấy khô←Alginate Natri←Xử lý Na2CO3←Xử lý acid ← Alginate Calci ← Kết tủa với CaCl2 ↓ Nghiền → Alginate Natri khô 3.6. Ứng dụng của Alginate trong thực phẩm: Alginic Acid không tan trong nước nhưng các muối của nó lại hòa tan hoàn toàn trong nước lạnh để tạo thành dung dịch nhớt, tính chất của dung dịch tạo thành thay đổi tùy theo xuất xứ các muối Alginate ban đầu và độ tinh khiết của các muối Alginate. Các muối Alginate tan trong nước được sử dụng như các chất cô đặc, các chất bình ổn và các tác nhân tạo màng trong các ngành nhất là công nghiệp thực phẩm. Trong thực phẩm, kem, bia, sause, sữa có Alginate sẽ ngon hơn. Kem có Alginate sẽ mịn hơn. Kem Sause Bia Hình 15. Một số thực phẩm chứa Alginate 4. Carrageenan: 4.1. Nguồn gốc của CARRAGEENAN: Cây rong sụn(Kapsycus alcaeric) hoặc tảo đỏ là nguyên liệu chủ yếu dùng trong việc tách chiết carrageenan.Ở nước ta việc nuôi trồng rong sụn đã và đang phát triển mạnh ở các tỉnh như Ninh Thuận, Khánh Hoà, Phú Yên và ở nhiều địa phương khác. Sản lượng khai thác rong sụn của nước ta năm 2005 là khoảng trên 1500 tấn rong khô và vẫn còn tiếp tục tăng vào các năm tới. Hiện nay sản lượng rong thu được của chúng ta chủ yếu mới được dùng cho xuất khẩu dưới dạng khô, trong khi đó chúng ta lại đang phải nhập khẩu các sản phẩm của carrageenan để phục vụ cho ngành công nghiệp trong nước. Hình 16. Cây rong sụn (Kapsycus alcaeric) Hiện nay, các nước sản xuất Carrageenan nhiều nhất là Philipine, Mỹ, Đan Mạch, Pháp,… Năm 2001, tổng sản lượng Carrageenan trên thế giới là 42.390 tấn trong đó: Châu Âu chiếm 32%, Mỹ 21%, Châu á - Thái Bình Dương 47%. 4.2. Cấu tạo của CARRAGEENAN: Carrageenan là hỗn hợp các galatan sulfat.đơn vị cấu trúc của carrageenan gồm 2 đường đơn –β-D-galactose(đơn vị cấu trúc G,D)hoặc gồm đường đơn-β-Dgalactose và 3,6-anhidro-D-galactose (đơn vị cấu trúc G,DA) gắn với nhau bởi liên kết β(1,4)[1,3].các đơn vị cấu trúc này liên kết với nhau qua mối liên kết α(1,3) tạo thành carrageenan.Theo đơn vị cấu trúc.có thể chia carrageenan thành 2 nhóm: -Nhóm ko có 3,6 –anhidro-D-galactose,có đơn vị cấu trúc (G,D)như:các dạng ∞-;v-; λ-carrageenan. -Nhóm có 3,6-anhidro-D-galactose,có đơn vị cấu trúc(G,DA) như:các dạng κ-;ι-;θ-;β-carrageenan. Trong môi trường kiềm mạnh(hoặc các tác nhân khử khác) carrageenan từ nhóm cấu trúc không có liên kết 3,6-anhidro-D-galactose(G,D) có thể chuyển hóa thành carrageenan có liên kết 3,6-anhidro-D-galactose (G,DA). Hình 17. Sự chuyển hóa Carrageenan trong môi trường kiềm mạnh Ngoài quá trình biến đổi cấu trúc,đối với carrageenan còn có thể có quá trình chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác do tạo thêm hoặc mất nhóm sulfat. Tùy hàm lượng và vị trí nhóm sulfat trong cấu trúc mà carrageenan có các dạng khác nhau,thí dụ như:κ-carrageenan(25%sulfat);λ-carrageenan(35% sulfat); ι-carrageenan(32% sulfat). Hình 18. Cấu trúc tối ưu về mặt năng lượng của đơn vị cấu trúc của Carrageenan 4.3. Tính chất của CARAGEENAN: - Màu hơi vàng, màu nâu vàng nhạt hay màu trắng. - Dạng bột thô,mịn và gần như không mùi. Hình 19. Các dạng Carragenan - Không tan trong ethanol, tan trong nước ở nhiệt độ khoảng 80oC tạo thành một dung dịch sệt hay dung dịch màu trắng đục có tính chảy; phân tán dễ dàng trong nước hơn nếu ban đầu được làm ẩm với cồn, glycerol, hay dung dịch bão hòa glucose và sucrose trong nước. - Độ nhớt của dung dịch tùy thuộc vào loại carrageenan, khối lượng phân tử, nhiệt độ, các ion có mặt và hàm lượng carrageenan. - Cũng như những polymer mạch thẳng có mang điện tích khác, độ nhớt tỉ lệ thuận với hàm lượng. - Carrageenan có khả năng tương tác với nhiều loại gum đặc biệt là locust bean gum, trong đó tùy thuộc vào hàm lượng nó sẽ có tác dụng làm tăng độ nhớt, độ bền gel và độ đàn hồi của gel.Ơ hàm lượng cao carrageenan làm tăng độ bền gel của guar gum nhưng ở hàm lượng thấp, nó chỉ có thể làm tăng độ nhớt. - Khi carrageenan được cho vào những dung dịch của gum ghatti, alginate và pectin nó sẽ làm giảm độ nhớt của các dung dịch này. - ổn định ở pH >7, phân hủy ở pH = 5-7; phân hủy nhanh ở pH < 5. 4.4. Khả năng tạo gel: -Chỉ có nhóm carrageenan có 3,6-anhidro-D-galactose mới có khả năng tạo gel. - Khả năng tạo gel của carrageenan phụ thuộc rất lớn vào sự có mặt của các cation. Ví dụ: Khi liên kết với K+, NH4+, dung dịch -carageenan tạo thành gel thuận nghịch về nhiệt.Khi liên kết với Na+ thì carrageenan hòa tan trong nước lạnh và không có khả năng tạo gel. - Muối K+ của -carrageenan có khả năng tạo gel tốt nhất nhưng gel giòn và dễ bị phân rã.Có thể giảm độ giòn của gel bằng cách thêm vào locust bean gum *Tính chất của gel - Dung dịch nóng của kappa và iota carrageenan sẽ tạo gel khi được làm nguội xuống từ 40 – 60oC dựa vào sự có mặt của các cation. Gel carrageenan có tính thuận nghịch về nhiệt và có tính trễ nhiệt, có nghĩa là nhiệt độ tạo gel và nhiệt độ nóng chảy của gel khác nhau. Gel ổn định ở nhiệt độ phòng nhưng khi gia nhiệt cao hơn nhiệt độ tạo gel từ 5 – 12oC thì gel có thể chảy ra. Khi làm lạnh sẽ tạo gel lại. Thành phần ion trong một hệ thực phẩm rất quan trọng đến hiệu quả sử dụng carrageenan. Ví dụ: kappa-carrageenan chọn ion K+ để làm ổn định vùng tạo liên kết, tạo trạng thái gel chắc, giòn.Iota carrageenan chọn Ca2+ nối giữa các chuỗi tạo cấu trúc gel mềm và đàn hồi. 4.5. Phương pháp sản xuất CARRAGEEENAN trong công nghiệp: - Carrageenan được thu nhận bằng cách chiết từ rong sụn(tảo đỏ) bằng nước hay bằng dung dịch kiềm loãng. Carrageenan được thu lại bằng sự kết tủa bởi cồn, sấy thùng quay, hay kết tủa trong dung dịch KCl và sau đó làm lạnh.Cồn được sử dụng trong suốt quá trình thu nhận và tinh sạch là:metanol,etanol và isopropanol. -Sản phẩm có thể chứa đường nhằm mục đích chuẩn hóa,chứa muối để thu được cấu trúc gel đặc trưng. Hình 20. Quy trình sản xuất carrageenan. 4.6. Ứng dụng trong thực phẩm -Carrageenan đóng vai trò là chất phụ gia trong thực phẩm để tạo đông tụ, tạo tính mềm dẻo, đồng nhất cho sản phẩm và cho điểm nóng chảy thấp.Carrgeenan được dùng trong các món ăn trong thực phẩm: các món thạch, hạnh nhân, nước uống… -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 -Trong sản xuất phomat, sản xuất các loại mứt đông, mứt dẻo 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…Trong bảo quản đóng hộp các sản phẩm thịt, bổ sung vào surimi và giò chả… Bánh bông lan Socola Thịt nguội Sữa Hình 21. Các sản phẩm từ carrageenan -Do Carrageenan tích điện âm của SO 2- nên có khả năng qua gốc liên kết với protein amin mang điện tích dương khi pH nằm dưới điểm đẳng điện.Chính nhờ điểm này mà trên phần trăm tổng lượng Carrageenan được sử dụng trong công nghiệp sữa. Vai trò của Carrageenan là làm cho các sản phẩm sữa có độ ổn định khá cao,không cần dùng đến tinh bột hoặc lòng trắng trứng… Hình 22. Cơ chế tạo sự ổn định cho sản phẩm sữa của Carrageenan DANH MỤC HÌNH ĐƯỢC SỬ DỤNG Hình1. Một số loại quả giàu Pectin Hình2. Cấu tạo của Pectin (Acid Galacturonic) Hình 3. Acid D-Galacturonic và đồng phân quang học (Acid L-galacturonic) Hình 4. High Methoxyl Pectin Hình 5. Low Methoxyl Pectin Hình 6. Cấu tạo của một chuỗi Pectin Hình 7. Cơ chế tạo gel của LMP Hình 8. Một số sản phẩm của Pectin Hình 9. Tảo nâu chứa nhiều Alginate Acid Hình 10. Cấu tạo mạch Alginate Hình 11. Sự phân bố các gốc Uronate trong mạch Alginate Hình 12. Cấu tạo Alginate Calcium Hình 13. Cơ chế tạo gel Alginate Calcium. Hình 14. Cấu tạo Alginate Natri Hình 15. Một số thực phẩm chứa Alginate Hình 16. Cây rong sụn (Kapsycus alcaeric) Hình 17. Sự chuyển hóa Carrageenan trong môi trường kiềm mạnh Hình 18. Cấu trúc tối ưu về mặt năng lượng của đơn vị cấu trúc của Carrageenan Hình 19. Các dạng Carragenan Hình 20. Quy trình sản xuất carrageenan. Hình 21. Các sản phẩm từ carrageenan Hình 22. Cơ chế tạo sự ổn định cho sản phẩm sữa của Carrageenan TÀI LIỆU THAM KHẢO Chất tạo đông - Nguyễn Lý Bình. Tìm hiểu một số ứng dụng của tảo - CĐSP Tỉnh Bình Dương. Pectin - Nguyễn Chí Linh. Pectin – SVTH: Nguyễn Thị Hiếu, GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên Nghiên cứu chuyển hóa λ-carrageenan thành θ-