Tiểu luận Tìm hiểu về các phụ gia có nguồn gốc từ Polysaccharide

tan và độ bền gel trong khoảng rộng. Hơn nữa, aga thương phẩm có thể là hỗn hợp trộn lẫn của những phần chiết aga có nguồn gốc nguyên liệu khác nhau. Các phương pháp đo lưu biến khác nhau có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng của aga trong phòng thí nghiệm và trong sản xuất. Những tham số lưu biến như nhiệt độ đông, nhiệt độ tan, độ nhớt, độ bền gel và độ trong của gel bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự có mặt của những nhóm thế. Do đó, chất lượng của aga tự nhiên cũng như aga đã được chế biến có thể tiên đoán theo hàm lượng các este sunfat, xetal-pyruvat và metyl ete. IV.3. Ảnh hưởng của nhóm chức đến tính chất hoá lý của aga: Ảnh hưởng của nhóm sunfat Sự có mặt của este sunfat là phổ biến trong aga tự nhiên từ Gracilara. Việc thủy phân bằng kiềm thường được áp dụng trong phòng thí nghiệm và trong quá trình sản xuất để chuyển L-galactozơ 6-sunfat thành dạng 3,6-anhydro-α-L-galactozơ, kết quả làm tăng khả năng tạo gel của aga. Mục đích của việc xử lý rong với kiềm ở 80-90oC là nhằm làm loại bỏ gốc sunfat và nếu như nhóm hydroxy ở C3 ở trạng thái chưa liên kết và nhóm este sunfat (nằm ở vị trí axial không bền về mặt năng lượng) ở vị trí C6 của gốc α-L-galactopyranozơ thì chúng sẽ chuyển thành dạng 3,6-anhydro-α-L-galactozơ bền hơn. Sự thay đổi cấu hình ở trên dẫn đến hình thành một mạng lưới ba chiều và khả năng tạo gel của dịch chiết aga được tăng lên. Vì vậy tỷ lệ hàm lượng của 3,6- anhydro-α-L-galactozơ trên L-galactozơ-6-sunfat sẽ là thước đo đặc trưng cho đặc tính tạo gel của một mẫu aga. Mặt khác, nếu nhóm sunfat liên kết ở những vị trí khác như ở C4 và C6 của gốc D-galactozơ thì nó thường bền với kiềm, cho nên khả năng tạo gel thấp ngay cả khi có xử lý kiềm. Phản ứng tách sunfat không phải là phản ứng thuỷ phân mà là một phản ứng thế ái nhân trên một phân tử cacbon bằng một nguyên tử oxy. Hình 4.6: Phản ứng thế nhóm sunfat ở C6 của gốc α-L-galactopyranozơ bằng nhóm hydroxyl và sự hình thành 3,6-anhydro- α-L-galactopyranozơ Hàm lượng sunfat trong aga liên quan đến độ đàn hồi và độ bền gel thấp. Sự tạo gel bị cản trở hoặc là do sự có mặt của L-galactozơ-6-sunfat (trước khi chuyển thành dạng 3,6-anhydro-α-L-galactozơ bằng kiềm, enzym hoặc nhựa trao đổi ion) mà nó liên kết trong chuỗi xoắn; hoặc do nhóm sunfat ở vị trí C2 của gốc galactopyranozơ có liên kết 1à3 ức chế sự hình thành gel. Những nhóm sunfat khác trong vị trí còn lại ảnh hưởng tương tự đến sự tổ hợp của cấu trúc xoắn kép bằng tương tác tĩnh điện. Ảnh hưởng của nhóm metoxy Ở những điều kiện đã cho, nhóm metoxy ảnh hưởng đến tính chất tạo gel của aga, ảnh hưởng đến độ đông của dung dịch aga. Aga và agaroid từ những mẫu rong khác nhau có nhiệt độ đông rất khác nhau. Đặc biệt, mức độ metoxy hoá trong những polyme aga từ Gracilaria thì cao hơn một cách đáng kể so với aga từ Gelidium và Pterocladia và sự khác nhau như vậy được phản ánh trong nhiệt độ đông của aga. Trong thực tế aga được chiết từ những mẫu Gracilaria có nhiệt độ đông trong khoảng 40-52oC, trong khi đó aga được chiết từ Gelidium có nhiệt độ đông trong khoảng 34-380C. Axit pyruvic Sự thay thế các gốc được liên kết ở vị trí (1à3) bằng nhóm pyruvat tạo ra 4,6-O-(1-cacboxyletyliden)-β-D-galactozơ có thể xem là không ảnh hưởng đến độ bền chắc của gel. Đây là điều dễ nhận biết, bởi nhóm pyruvat không gây trở ngại đến những nguyên tử hydro (equatorial) của 3,6-anhydro-galactozơ và không làm biến đổi đáng kể cấu hình của phân tử. Nhưng mặt khác, điện tích âm của nhóm cacboxy của axit pyruvic ảnh hưởng một cách nhạy cảm đến những tính chất điện, đặc biệt là trong điện di của gel. IV.4. Cơ chế tạo gel của aga: Aga là một keo ưa dung môi (nước). Nếu đặt aga trong mội trường nước lạnh, aga sẽ trương và hấp thụ một lượng lớn nước tạo thành những bọng nước được phân bố bên trong aga và mỗi tiểu phân aga trở nên tích điện trong lớp vỏ điện tích âm. Các cấu tử hỗn hợp này sẽ phân chia pha: aga ở pha liên tục và nước ở pha phân tán. Khi đưa nhiệt độ lên cao lớn hơn 900C, aga trở thành pha phân tán và nước là pha liên tục, lúc này hình thành một sol bao gồm những tiểu phân mixen được bao bọc xung quanh một lớp nước liên kết lại tạo thành gel dẫn đến sự phân bố lại điện tích trên bề mặt của hạt mixen. Khả năng hình thành gel thuận nghịch nhiệt là đặc điểm duy nhất làm cho aga có một sự kết hợp cần thiết trong nhiều ứng dụng. Cách tạo gel của các aga khác nhau là khác nhau và thay đổi đáng kể theo bản chất, kích thước và mô hình của những nhóm thế. Đặc tính lưu biến của aga được xác định bằng sự thay thế luân phiên của gốc β-D-galactozơ và 3,6-anhydro-α-L-galactozơ, hàm lượng và vị trí của những nhóm mang điện tích như sunfat và pyruvat, hàm lượng của metyl-ete và trọng lượng phân tử cũng như sự phân bố trọng lượng phân tử của polyme tự nhiên. Mức độ ảnh hưởng của các tham số khác nhau kể trên đến cấu trúc gel dựa trên những liên kết ngang (gồm liên kết O-cộng hoá trị) và liên kết kết hợp của mạch trong các cấu hình là khác nhau. Sự tập hợp (aggregation) của những đường xoắn ốc tạo nên hiện tượng từ trễ do khả năng dịch chuyển và xếp đặt hỗn loạn thuận nghịch nhiệt bởi những nhóm mang điện tích trong aga và có thể phá vỡ tính ổn định liên kết hydro giữa các phân tử trong những vùng được sắp xếp. Đối với agaropectin, do este sunfat ưa nước nên nhóm sunfat có xu hướng tự trộn lẫn với phân tử nước. Ngược lại, đối với agarozơ, trong đó các cầu oxy của 3,6-anhydro-α-L-galactozơ kỵ nước có xu hướng tự sắp xếp đối mặt với những cấu oxy khác và loại nước ra khỏi chúng, vì vậy chúng hình thành một mạng lưới mà trong đó các cấu tử nước đã bị đẩy ra ngoài và do đó tạo nên yếu tố gel hoá. Vì vậy khi số lượng este sunfat giảm và 3,6-anhydro-α-L-galactozơ tăng, xu hướng hình thành gel tăng và ngược lại, khi lượng este sunfat tăng và 3,6-anhydro-α-L-galactozơ giảm xu hướng hình thành gel giảm. Những thay đổi mođun động lực của dung dịch agarozơ là phù hợp với phổ quay đặc trưng đã tạo ra khả năng liên kết hydro nội phân tử giữa nhóm OH ở vị trí 4 của gốc β-D-galactopyranozơ với nguyên tử oxy bán axatal kế cận của gốc 3,6- anhydro-α-L-galactozơ. Nhờ có liên kết α-L-(1à3) giữa những gốc 3,6-anhydro- α-L-galactozơ mà liên kết galactopyranozơ có cấu trúc giống hình lồng, có đóng góp đáng kể vào việc tạo độ cứng của mạch phân tử. Hình 4.7: Mô hình tương ứng của liên kết hydro nội phân tử của agarozơ trong dung dịch nước qua liên kết α-L-(1à3) giữa gốc L-galactopyranozơ và D-galactopyranozơ Ngoài liên kết kể trên còn xuất hiện liên kết hydro ít linh động hơn, giữa nguyên tử oxy của vòng 3,6-anhydro và nhóm OH ở vị trí số 2 cố định hướng axial. Liên kết giữa phân tử là kết quả từ hiệu ứng hình lồng của gốc 3,6-anhydro-α-L-galactozơ phù hợp với phân bố tứ diện và vì vậy nó không những có thể hút lại nhau, mà còn hút phân tử nước qua liên kết hydro. Liên kết hydro giữa phân tử có thể tồn tại ở nhiệt độ 600C, mặt khác cũng có thể giữ một cấu hình giống như hình que nhỏ ở khoảng nhiệt độ 400C liên kết hydro giữa phân tử của agarose có thể xảy ra, ngay cả ở nồng độ thấp. Các liên kết hydro nội và giữa phân tử là những yếu tố tạo gel với nhiệt độ cao (600C) và vì những phân tử polyme liên kết chặt cho nên chúng không hoà tan trong nước lạnh, mặt ngoài được bao quanh bởi cacbon kỵ nước và các nguyên tử hydro. Những nghiên cứu ở nhiệt độ cao hơn 900C cho thấy, do động năng và chuyển động Brown của polyme và phân tử nước tăng cho nên các phân tử agarozơ hydrat hoá phân ly. Hình 4.8: Mô hình tương ứng của liên kết hydro nội và giữa của những phân tử agarose trong dung dịch nước Khi dịch aga được làm lạnh, các mạch xoắn có xu hướng tự nhóm lại những vòng xoắn ốc đôi quay trái tạo thành những nhóm kỵ nước, nghĩa là những cầu nối oxy của 3,6-anhydro-α-L-galactozơ tự sắp xếp đối mặt nhau, quay về hướng bên trong. Sự sắp xếp này hình thành mạng lưới sơ cấp của sự tạo gel và thiết lập giữa mạch các liên kết hydro làm bền vững toàn bộ mạng lưới. Số lượng liên kết hydro tăng cho đến khi nhiều mạch chập lại với nhau tạo thành cấu trúc có xu hướng đẩy nước, mà người ta gọi là sự co gel tách nước. Nếu thêm vào dung dịch tố chất cố định hydro, nó sẽ ngăn trở sự hình thành liên kết hydro, dung dịch sẽ không đặc lại để tạo gel mà ở trạng thái keo giống gelatin. Có một số aga có thể tạo gel mạnh khi tách nước, lượng liên kết hydro tập hợp lớn đến mức có thể chống lại sự bẻ gãy, ngay cả khi đun nóng mạnh; trong trường hợp đó aga trở nên không tan. Sự có mặt của liên kết hydro cũng là nguyên nhân của hiện tượng từ trễ (hysteresis) khi mà nhiệt độ đông và nhiệt độ tan của một gel là khác nhau. Gel aga 1,5% từ Gracilaria heteroclâd có khoảng nhiệt độ từ trễ rộng hơn 400C trong phạm vi từ 42-450C. Sự khác nhau giữa nhiệt độ tan (85-900C) và nhiệt độ đông (32-450C) là tính chất ngoại lệ so với các chất keo khác. Khi tạo gel, cầu nối hydro tạo thành làm tăng tính bền vững của cấu trúc mạch aga chống lại một cách mãnh liệt sự phân ly của những đường xoắn kép ngay cả khi tăng khá mạnh nhiệt độ và chuyển động Brown. Sự thay đổi độ nhớt dung dịch nóng cũng là một tính chất đặc biệt của aga. Nếu như độ nhớt của aga ở 850C được xác định là V1, sau khi làm lạnh dung dịch người ta nhận thấy rằng độ nhớt của dung dịch khi đun nóng ở 850C cao hơn độ nhớt V1 lúc đầu. IV.5. Trọng lượng phân tử aga: Khả năng tạo gel cũng bị ảnh hưởng bởi trọng lượng phân tử và sự phân bố trọng lượng phân tử. Độ bền chắc của gel có mối tương quan rõ ràng và chặt chẽ với trọng lượng phân tử. Dưới một giới hạn nào đó của trọng lượng phân tử mạng lưới gel không thể hình thành và đến một giới hạn trên nào đó, mạng lưới gel được hình thành, tạo khả năng hình thành gel độc lập với trọng lượng phân tử. Ngược với quá trình tạo gel, quá trình tan của gel phụ thuộc mạnh vào trọng lượng phân tử của aga, điểm tan tăng theo trọng lượng phân tử. Hơn nữa, quá trình chuyển hoá sol-gel dễ bị lẫn lộn do ảnh hưởng của sự phân bố trọng lượng phân tử, hoặc sự hình thành “những vùng giao điểm” do ảnh hưởng tương tác của các mạch phân bố có chiều dài khác nhau nhiều. Nghiên cứu các đặc tính phân tử của aga tự nhiên từ một số mẫu Graciliaria cho thấy trọng lượng phân tử của các polyme sau khi chiết nằm trong khoảng 40.000-300.000. IV.6. Phân loại aga: Theo truyền thống, với những tính chất tạo gel khác nhau có ba dạng aga được thừa nhận: dạng thực phẩm, dạng có phản ứng với đường và dạng vi khuẩn học. Dạng phản ứng với đường, mà độ bền chắc của gel tăng khi thêm đường vào dung dịch aga. Dạng aga vi khuẩn học là aga được tinh chế có các tính chất hoá lý tương tự agarozơ trung tính (agarozơ lý tưởng là aga dạng trung tính không có gốc OSO3- cũng như gốc khác, mà chỉ có β-D-galactopyranozơ và 3,6-anhydro-α-L-galactozơ, điều mà trong thực tế không thể đạt được). Dạng aga vi khuẩn học chiếm 4-5% tổng giá trị aga và hai nơi cung cấp chính là Mỹ và Anh. Trong thực tế, agarozose luôn có một lượng rất nhỏ gốc OSO3- và vết của một vài gốc lạ như 2-O-metyl-3,6- anhydro-α-L-galactozơ. Aga vi khuẩn học thường được sản xuất từ Gelidium và Pterocladia; aga thực phẩm và phản ứng đường có nhiệt độ tạo gel trên 400C từ Gracilaria, còn agarozơ thì thường được sản xuất từ Gelidium. IV.7. Quy trình sản xuất aga tại Việt Nam: Sơ đồ công nghệ sản xuất aga tại Việt Nam Rong nguyên liệu Xử lý kiềm NaOH (3-4%) t0C (90±2) t=1-1,5giờ Rửa trung tính Axit citric và axit sulfuric Xử lý axít t = 30 phút Rửa sạch axit Axit axetic Hàn the Nấu chiết Lọc trong Tẩy trắng (NaOCl, H2O2) Làm đông cắt sợi Lạnh đông Tan đá Sấy khô Đóng gói Nghiền nhỏ bột Ở Việt Nam, công nghệ chế biến aga được triển khai từ 1972 ở Hải Phòng và hiện nay thêm một số cơ sở ở Thành phố Hồ Chí Minh. Sản phẩm aga làm ra mới chỉ được sử dụng trong ngành chế biến thực phẩm và đáp ứng phần nào nhu cầu trong lĩnh vực nuôi cấy mô ở trong nước. Công nghệ chế biến aga tại Việt Nam về cơ bản giống với quy trình sản xuất aga trên Thế Giới. V. Pectin: V.1. Nguồn gốc: Pectin là một polysaccharide có nhiều ở quả, củ, hoặc thân cây. Tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật, duy trì hình dáng và sự vững chắc của trái cây. Đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất khi chuyển hóa các chất và trong quá trình chín của quả. Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng: pectin hòa tan và protopectin không hòa tan. Dưới tác dụng của axit, enzyme protopectinase hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển thành pectin hòa tan. Pectin hòa tan là polysaccharide cấu tạo bởi các gốc axit galacturonic trong đó có một số gốc axit có chứa nhóm thế metoxyl. V.2. Cấu tạo: Hình 5.1: Cấu tạo 1 đơn vị của chuỗi pectin Hình 5.2: Cấu trúc của pectin Là polysaccharide dị thể, mạch thẳng, là dẫn xuất của axit pectic. Axit pectic là một polymer của acid D-galacturonic, liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucoside. Mỗi chuỗi gồm khoảng 10000 phân tử Galacturonic tạo thành một phân tử pectin có phân tử lượng rất lớn.  Tên gọi pectin dùng để chỉ chuỗi polygalacturonic metyl hóa 100%. Tên gọi axit pectinic dùng để chỉ hợp chất được metyl hóa thấp hơn 100%. Còn tên gọi axit pectic để chỉ axit polygalacturonic hoàn toàn không chứa nhóm metoxy. Trong thực tế tên gọi pectin là dùng để chỉ cả pectin và pectinic. Chiều dài của chuỗi axit polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị đến hàng trăm đơn vị axit galacturonic. V.3. Nguồn nguyên liệu chứa pectin: Trong công nghiệp, pectin được thu nhận từ dịch chiết của các nguyên liệu thực vật thường là táo hay các loại quả có múi: cam, quýt, bưởi… Thành phần và hàm lượng của pectin trong các loại quả tính theo % như sau: Tên rau, quả Tinh bột Đường Pectin Xenluloza Saccaroza Glucoza Fructoza Tổng Khoai tây 17,7 0,6 0,2 0,1 0,9 0,7 1,0 Cải bắp 0 0,1 2,6 1,6 4,3 0,3 1,2 Cà rốt 0 3,7 2,9 - 6,6 0,4 1,0 Cà chua <0,1 0,2 1,5 1,0 2,8 0,1 0,9 Hành 0 6,3 1,3 1,2 8,8 0,3 0,8 Cam 0 3,6 1,3 1,5 6,3 0,9 0,5 Quýt 0 4,9 1,0 1,5 7,4 0,7 0,3 Chanh 0 0,9 0,6 0,6 2,1 1,1 0,5 Mận 0 5,4 3,4 0,8 9,6 1,1 0,6 Phân tử lượng của pectin tách từ các nguồn khác nhau sẽ khác nhau. Ví dụ: táo, mận thu được pectin có phân tử lượng từ 25.000 – 35.000, trong khi đó pectin thu từ cam có phân tử lượng đạt tới 50.000. V.4. Tính chất của pectin: Pectin hòa tan: methoxyl polygalacturonic. Pectin không hòa tan: Protopectin là dạng kết hợp của pectin-araban ở thành tế bào.   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 enzym protopectinase hoặc với sự tham gia của axit 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 axit pectic. Pectin không tan trong dung dịch ethanol. 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 pH từ 3-3.5. Khả năng tạo đông phụ thuộc vào nguồn pectin, mức độ metoxyl hóa và phân tử lượng của pectin. Pectin lấy từ nguồn gốc khác nhau thì khả năng tạo gel khác nhau. V.5. Các chỉ số đặc trưng của pectin: Hợp chất pectin được đặc trưng bởi 2 chỉ số quan trọng là MI và DE. “MI”: là chỉ số methoxyl, biểu hiện tỷ lệ methyl hóa - là phần trăm khối lượng nhóm methoxyl (OCH3) trên tổng khối lượng phân tử pectin. MI max là 16.3%, MI thực vật là 10-12%. “DE”: chỉ số este hóa, thể hiện mức độ este hóa của pectin, là phần trăm về số lượng của các gốc axit galacturonic đươc este hóa trên tổng số lượng gốc axit galacturonic có trong phân tử. Dựa trên mức độ methoxyl hóa và este hóa chia pectin thành hai loại: pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp. Pectin có độ methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin_HMP): DE > 50% hay MI > 7%. Pectin có độ methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin_LMP): DE < 50% hay MI < 7%. V.6. Điều kiện tạo gel: Khả năng tạo gel của pectin phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố: chiều dài của chuỗi pectin và mức độ methyl hóa. Chiều dài của chuỗi pectin: Chiều dài của phân tử quyết định độ cứng của gel. Nếu phân tử pectin có chiều dài quá thấp thì nó sẽ không tạo được gel mặc dù sử dụng với hàm lượng rất cao. Chỉ có pectin có chiều dài phân tử lớn hơn 10000 mới có khả năng hình thành gel tốt. Còn nếu quá dài gel tạo thành cứng. 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. Ngoài ra, trong phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau có khả năng làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Khi làm giảm độ tích điện và hydrat hóa sẽ làm cho sợi pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong. Mức độ methoxyl hóa qui định cơ chế tạo gel: HMP: Tạo gel bằng liên kết hydro Điều kiện tạo gel: [đường] > 50%, pH 3-3.5, [pectin] 0.5-1%. Đường saccarose có khả năng hút ẩm cao nên nó làm giảm mức độ hydrat hóa của phân tử pectin trong dung dịch, pH thấp làm giảm độ tích điện của các phân tử. Vì vậy các phân tử có thể tiến lại gần nhau hơn để tạo thành liên kết nội phân tử và tạo gel. Liên kết hydro được hình thành giữa các phân tử có thể là hydroxyl-hydroxyl, carboxyl-carboxyl hoặc hydroxyl-carboxyl. Gel tạo thành sẽ có tính mềm, dẻo, dính. Cấu trúc của gel phụ thuộc vào hàm lượng đường, pH, hàm lượng pectin, loại pectin và nhiệt độ. Lưu ý không nên dùng pH quá thấp sẽ gây ra hiện tượng nghịch đảo một lượng đường saccarose lớn gây kết tinh glucose và hóa gel nhanh, gel bị vón cục. 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. LMP: Tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+ Pectin có hàm lượng nhóm metoxyl thấp khi có sự tham gia của các ion kim loại nhiều hóa trị như Ca2+ và hàm lượng đường trên 35% thì nó sẽ tạo ra độ đông tụ bền vững. Vai trò của Ca2+ trong việc tạo gel là: các phân tử axit pectic tác dụng tương hỗ lẫn nhau nhờ các nhóm carboxyl tự do, các nhóm này lại liên kết nhau nhờ các ion Ca2+ thành khung bền vững. Gel tạo thành có tính đàn hồi cao. V.7. Vai trò của các chất trong quá trình tạo gel: V.7.1. Pectin: Nồng độ của 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. Nhưng không phải tất cả lượng pectin đều tham gia vào việc tạo đông tụ chính vì vậy độ bền gel không phải xác định theo số lượng nhiều ít mà xác định theo chiều dài mạch phân tử và mức độ metoxyl hóa. Pectin có chất lượng tốt sẽ tạo ra sợi chỉ dài và chắc trong quá trình đông tụ làm cho keo đàn hồi. V.7.2. Nước: Độ ẩm của khối keo tăng thì quá trình tạo keo càng nhanh. V.7.3. Đường: Vai trò của đường trong việc tạo đông là khử nước, giảm solvat hóa của các phân tử pectin, tùy thuộc vào số lượng và chất lượng mà dùng lượng đường khác nhau. Hàm lượng pectin càng cao, chất lượng tốt đòi hỏi hàm lượng đường trong sự tạo đông càng nhiều nhưng nếu sử dụng hàm lượng đường không đúng thì sẽ tạo gel không tốt. Nếu lượng đường cao quá so với hàm lượng pectin thì độ bền đông tụ giảm và tốc độ tạo đông giảm. Còn sử dụng quá ít thì gel tạo ra sẽ cứng. Khi sử dụng pectin chất lượng tốt, nồng độ của nó trong dung dịch là 0.6- 1% thì hàm lượng đường cần đạt tới 65%. V.7.4. Axit: Axit cho vào phải có mức phân ly cao hơn axit pectic như vậy nó sẽ ngăn chặn sự phân ly của axit pectic do đó các mixen pectic mất điện tích cùng dấu, chúng sẽ nối lại thành sợi dài. Khi cho axit vào thì ion hydro thay thế ion kim loại trong nhóm carboxyl của phân tử pectin. Muối của axit không tham gia vào tạo đông mà chỉ có axit pectic do đó khi thêm axit vào sẽ tăng tốc độ tạo đông. Hàm lượng ion hydro càng cao thì hàm lượng pectin dùng càng ít trong việc tạo đông trong khoảng nhất định. pH thích hợp nhất là từ 3-3.5. Hàm lượng đường tỷ lệ nghịch với hàm lượng axit đưa vào. V.8. Phương pháp sản xuất pectin trong công nghiệp: Vỏ trái cây có múi(cam, quýt, bưởi) Rửa Thủy phân Sấy khô Cô đặc, kết tủa Bảo quản Lọc Sản phẩm V.9. Ứng dụng của pectin trong công nghệ 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 rau quả. * Mứt trái cây và mứt đông Với sản phẩm này sử dụng pectin để tạo ra cấu trúc cho mứt để sản phẩm này có được mùi vị, trạng thái sản phẩm tốt nhất, giảm sự phân rã. Pectin có khả năng tạo gel nhanh có giá trị đặc biệt trong sản xuất mứt và đạt yêu cầu tốt nhất khi chúng không bị tác động trong suốt quá trình tạo gel. Đó chính là lý do pectin tạo gel chậm khi sử dụng vào các khâu vào hộp, đóng nắp, dán nhãn, xếp chồng. Hàm lượng sử dụng thường là 0.1-0.4%. Quá trình tạo gel của pectin có thể được tạo ra trong một quy trình lạnh bằng hai cách: - Trộn syrup đường pectin có pH = 2.9, có hàm lượng chất khô hòa tan từ 60-65%, pH dung dịch 3.8 - 4.2, cùng với dịch axit trái cây sẽ tạo ra pH khoảng 3. - Trộn dung dịch pectin có pH = 2.9, hàm lượng chất khô hòa tan là 25% với syrup đường để thu được hỗn hợp mới có hàm lượng chất khô khoảng 23%. LMP thường được ứng dụng trong mứt trái cây có hàm lượng chất khô < 55%. Loại LMP được chọn dựa trên hàm lượng chất khô và pH trong sản phẩm hàm lượng thấp, ví dụ như mứt trái cây không đường dùng cho người bị tiểu đường. Có thể sử dụng kết hợp giữa pectin và carragenan. * Trong kẹo mềm Hàm lượng pectin dùng để sản xuất kẹo mềm hoa quả là 1% so với sản phẩm. Khi dùng pectin phải đưa pectin ở dạng dung dịch 5%, vào cuối giai đoạn nấu, nấu ở nhiệt độ thấp, độ ẩm của khối keo là 25% để tạo điều kiện cho pectin đông tụ tốt hơn. Tạo hình khối kẹo pectin tiến hành ở nhiệt độ cao hơn các loại kẹo khác về nhiệt độ đông tụ, có thể tạo hình bằng cách rót khuôn hoặc rót mỏng. Có thể dùng với tỷ lệ như sau so với khối lượng sản phẩm: đường saccarose ( 50-65%), mật tinh bột (20-25%), pectin (1-1.5%), axit citric hoặc axit lactic (1-1.5%). VI. Carrageenan: VI.1. Tên gọi khác: Hình 6.1: Công thức carrageenan Irish moss gelose (từ Chondrus spp.); Eucheuman (từ Eucheuma spp.); Iridophycan (từ Iridaea spp.); Hypnean (từ Hypnea spp.); Furcellaran hoặc Danish agar (từ Furcellaria fastigiata); INS No.407. VI.2. Lịch sử phát hiện ra carrageenan: Carrageenan bắt đầu được sử dụng hơn 600 năm trước đây, được chiết xuất từ rêu Irish moss (Loài rong đỏ Chondrus crispus) tại một ngôi làng trên bờ biển phía Nam Ireland trong một ngôi làng mang tên Carraghen. Vào những năm 30 của thế kỷ XX, carrageenan được sử dụng trong công nghiệp bia và hồ sợi. Cũng trong thời kỳ này những khám phá về cấu trúc hóa học của carrageenan được tiến hành mạnh mẽ. Sau này, carrageenan được chiết xuất từ một số loài rong khác như Gigartina stelata thuộc chi rong Gigartina. Nhiều loài rong khác cũng được nghiên cứu trong việc chiết tách carrageenan để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ngày nay, sản xuất công nghiệp carrageenan không còn giới hạn vào chiết tách từ Irish moss, mà rất nhiều loài rong đỏ thuộc ngành Rhodophyta đã được sử dụng. Những loài này gọi chung là Carrageenophyte. Qua nhiều nghiên cứu, đã có hàng chục loài rong biển được khai thác tự nhiên hay nuôi trồng để sản xuất carrageenan. Chiết xuất carrageenan bằng nước nóng dưới điều kiện khá kiềm, sau đó cho kết tủa hay cô đặc. VI.3. Cấu tạo: Carrageenan là một polysaccharide của galactose–galactan. Ngoài mạch polysaccharide chính còn có thể có các nhóm sulfat được gắn vào carrageenan ở những vị trí và số lượng khác nhau. Vì vậy, carrageenan không phải chỉ là một polysaccharide đơn lẻ, có cấu trúc nhất định mà là các galactan sulfat. Mỗi galactan sulfat là một dạng riêng của carrageenan và có ký hiệu riêng. Ví dụ: λ – , κ –, ι –, ν – carrageenan. Hình 6.2: Cấu tạo của carrageenan Mạch polysaccharide của các carrageenan có cấu trúc xoắn kép. Mỗi vòng xoắn do 3 đơn gốc disaccharide tạo nên. Các polysaccharide phổ biến của carrageenan là kappa-, iota- và lambda- carrageenan. Kapp-carrageenan là một loại polymer của D-galactose-4-sulfate và 3,6-anhydro D-galactose Iota-carrageenan cũng có cấu tạo tương tự Kappa-carrageenan, ngoại trừ 3,6-anhydro-galactose bị sulfate hóa ở C số 2 Lambda-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 lí bằng kiềm sẽ chuyển thành kappa và iota-carrageenan Trong quá trình chiết tách, do tác động của môi trường kiềm các μ-,ν-,λ-carrageenan dễ chuyển hóa thành κ-, ι-, θ- carrageenan tương ứng. Các carrageenan có mức độ sulfat hóa khác nhau, thí dụ κ–carrageenan (25 % sulfat), ι–carrageenan (32 % sulfat), λ–carrageenan (35 % sulfat). Các sản phẩm này đã được thương mại hóa, chiếm vị trí quan trọng trong thị trường polysaccharid