Tài liệu Chiết rút carragenan từ rong sụn và nghiên cứu thử nghiệm sản xuất kẹo thạch carragenan- nhân nho

MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN Phần I TỔNG QUAN ............................................................................................... 5 A. TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN VÀ CARRAGENAN...................................... 6 I.1.TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN (Kappaphycus Alvarezii). .......................... 6 I.1.1.Đặc tính sinh học của rong sụn ................................................................... 6 I.1.2. Thành phần hoá học của rong sụn .............................................................. 7 I.2.TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN ........................................................... 9 I.2.1.Lịch sử phát triển ........................................................................................ 9 I.2.2. Phân loại và cấu tạo của Carrageenan ...................................................... 10 I.2.2.1.Kappa-Carrageenan: .......................................................................... 10 I.2.2.2. Iota-Carrageenan .............................................................................. 11 I.2.2.3. Lamda-Carrageenan.......................................................................... 11 I.2.3 Tính chất và ứng dụng của carrageenan ................................................... 14 I.2.3.1. Tính chất của carrageenan.................................................................. 14 I.2.3.2. Phân biệt carrageenan với một vài chất khác ...................................... 17 I.2.3.4. Ứng dụng của Carrageenan ................................................................ 18 I.3. TÌNH HÌNH NUÔI TRỒNG, CHẾ BIẾN VÀ ỨNG DỤNG RONG SỤN Ở NƯỚC TA .......................................................................................................... 20 I.3.1. Nuôi trồng ............................................................................................... 20 I.3.2. Chế biến................................................................................................... 21 I.3.3. Ứng dụng................................................................................................. 21 I.4. Một số quy trình công nghệ sản xuất carrageenan .................................... 21 I.4.1. Phương pháp của Pliste:........................................................................... 23 I.4.2. Quy trình chiết rút Carrageenan của tác giả Đống Thị Anh Đào – Trường Đại học Kỹ Thuật.............................................................................................. 24 I.4.3. Quy trình sản xuất Kappa- Carrageenan từ nguyên liệu rong ................... 25 I.4.4. Quy trình sản xuất Carrageenan của Trung Quốc trên rong Eucheuma Hypncau ........................................................................................................... 26 I.4.5. Quy trình sản xuất Carrageenan từ rong sụn (Kappaphycus alvarezii) của cô Trần Thị Luyến – Thực hành Công Nghệ Chê Biến Tổng Hợp ......................... 26 I.4.6 Giải thích một số công đoạn trong công nghệ sản xuất carrageenan ......... 27 I.4.6.1. Xử lý rong trước khi nấu chiết ........................................................... 27 I.4.6.2. Quá trình nấu chiết carrageenan ........................................................ 29 B. TỔNG QUAN VỀ BỘT KONJAC .................................................................. 32 I.1. Giới thiệu chung .......................................................................................... 32 I.2. Thành phần hoá học và cấu tạo của Konjac gum ...................................... 32 I.2.1. Thành phần hoá học................................................................................. 32 I.2.2. Cấu tạo hoá học của Konjac Glucomannan (KGM).................................. 32 I.3. Những tính chất sinh hoá của Konjac Glucomannan ................................ 33 I.3.1. Khả năng hoà tan trong nước ................................................................... 33 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com I.3.2. Khả năng tạo đặc .................................................................................... 33 I.3.3. Khả năng tạo đông .................................................................................. 33 I.3.4. Độ ổn định .............................................................................................. 34 I.3.5. Hiệu quả khi kết hợp với các Gum khác.................................................. 34 I.4. Những tác dụng của bột Konjac về mặt dinh dưỡng và sức khoẻ............. 34 I.5. Ứng dụng của bột Konjac ........................................................................... 36 Phần II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 37 II.1. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................... 37 II.2.ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .................................................................... 38 II.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................. 38 II.3.1. Chiết rút Carrageenan từ rong sụn dựa trên............................................. 38 II.3.2. Nghiên cứu sản xuất sản phẩm kẹo thạch Carrageenan- nhân nho........... 39 II.4. DỰ KIẾN QUY TRÌNH VÀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM ................. 40 II.4.1. Dự kiến quy trình chiết rút carrageenan ................................................. 40 II.4.2. Quy trình dự kiến nghiên cứu sản xuất kẹo thạch Carrageenan nhân nho 41 II.4.3. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM .............................................................. 42 II.4.3.1. Xác định chế độ ngâm phơi trong công đoạn xử lý tẩy màu, mùi của rong nguyên liệu ............................................................................................ 42 II.4.3.2. Xác định chế độ xử lý NaOH............................................................ 43 II.4.3.3.Xác định tỷ lệ phối trộn giữa bột Konjac và Carrageenan .................. 43 II.4.3.4.Xác định nồng độ thạch ..................................................................... 44 II.4.3.5.Xác định nồng độ đường.................................................................... 44 II.4.3.6.Xác định nồng độ axit citric............................................................... 44 II.4.3.7.Xác định tỷ lệ phối trộn hương nho đặc trưng .................................... 45 II.4.3.8.Xác định tỷ lệ phối trộn màu nho đặc trưng ....................................... 45 II.4.3.9.Xác định nồng độ chất bảo quản Kali sorbat (C5H7 COOK) .............. 45 Phần III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ....................................... 47 III.1 KẾT QUẢ TẨY MÀU, TẨY MÙI RONG NGUYÊN LIỆU BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGÂM PHƠI........................................................................ 47 III.1.1. Kết quả xác định tỷ lệ rong/ nước ngâm ............................................... 47 III.1.2. Kết quả xác định thời gian ngâm ........................................................... 48 III.1.3. Kết quả xác định số lần ngâm phơi........................................................ 48 III.2. KẾT QUẢ XỬ LÝ RONG BẰNG NaOH ............................................... 50 III.2.1. Kết quả xử lý rong ở các nồng độ NaOH khác nhau với thời gian xử lý là 35 phút.............................................................................................................. 50 III.2.2. Kết quả xử lý rong ở các mức thời gian khác nhau với nồng độ NaOH là 5% .................................................................................................................... 51 III.3 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHIẾT RÚT CARRAGEENAN ..................... 52 III.4. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA CARRAGEENAN THÀNH PHẨM .................................................................. 56 III.5. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHỐI TRỘN GIỮA BỘT KONJAC VÀ CARRAGEENAN .............................................................................................. 57 III.5.1 Kết quả xác định sức đông của thạch...................................................... 57 III.5.2.Kết quả xác định độ đàn hồi và trạng thái của thạch ............................... 58 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com III.5.3. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ THẠCH ........................................ 59 III.5.4.KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ ĐƯỜNG ........................................ 59 III.5.5. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH NÔNG ĐỘ AXIT CITRIC (C6H8O7) ............... 60 III.5.6. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHỐI CHẾ HƯƠNG LIỆU TRÁI CÂY VÀ MÀU THỰC PHẨM ĐẶC TRƯNG .......................................................... 60 III.5.7. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CHẤT BẢO QUẢ KALI SORBAT (C5H7COOK) .................................................................................................... 61 III.6. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM KẸO THẠCH CARRAGEENAN – NHÂN NHO..................................................................... 62 III.6. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA SẢN PHẨM KẸO THẠCH CARRAGEENAN – NHÂN NHO..................................................................... 66 III.7. SƠ BỘ TÍNH GIÁ THÀNH SẢN PHẨM ............................................... 66 III.7.1. Giá thành Carrageenan ......................................................................... 66 III.7.2. Giá thành của Konjac – Carrageenan..................................................... 67 III.7.3 Giá thành sản phẩm kẹo thạch Carrageenan nhân nho ............................ 67 Phần IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN........................................................ 68 IV.1. KẾT LUẬN ............................................................................................... 68 IV.2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ................................................................................... 69 LỜI CẢM ƠN Sau 3 tháng nghiên cứu và thực tập tại phòng thí nghiệm đến nay em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp. Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn, các thầy cô trong khoa Chế biến cùng các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm và các bạn cùng thực tập. Qua đây em xin chân thành cảm ơn! Thầy TS. Đỗ Văn Ninh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập và hoàn thành bài báo cáo này. Cô Nguyễn Thị Thục và các thầy cô phụ trách đã giúp đỡ chỉ bảo em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án này. Các bạn cùng thực tập tại phòng thí nghiệm đã góp ý và giúp đỡ cho em trong suốt quá trình thực tập. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Nha Trang, tháng11 năm 2005 Sinh viên Hà Thị Minh Ngọc LỜI MỞ ĐẦU Bên cạnh nguồn tài nguyên thuỷ sản vô cùng phong phú với các loại hải sản như tôm, cá, ghẹ, mực…thì biển nước ta còn có một hệ sinh thái rong biển đa dạng. Rong biển là loại thực vật biển quý giá được dùng làm nguyên liệu chế biến thành các sản phẩm có giá trị công nghiệp và thực phẩm. Trong một vài năm trở lại đây Việt Nam đã nổi lên như một nguồn nguyên liệu rong sụn cho thế giới.Việc nuôi trồng rong biển đặc biệt là rong sụn đã được nhân rộng và phát triển mạnh mẽ ở các tỉnh Nam Trung Bộ như: Khánh Hoà, Ninh Thuận, Phú Yên… Trong rong sụn chứa hàm lượng lớn các nguyên tố khoáng vi lượng như Ca, Na, Fe, Cu… đặc biệt cung cấp một lượng đáng kể Iode cần thiết cho sự phát triển của cơ thể. Do đó mà rong sụn là một loại rong biển có giá trị kinh tế rất cao, nó có thể được dùng làm thực phẩm có giá trị dinh dưỡng, để chữa bệnh, có thể dùng làm phân bón, làm sạch nước thải ở hồ nuôi tôm. Bên cạnh đó trong rong sụn có chứa rất nhiều Carragenan là một loại polysaccharid có tính nhũ hoá cao, làm nguyên liệu keo… được dùng làm phụ liệu quan trọng trong nhiều lĩnh vực như: Dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm, dệt và các ngành công nghiệp khác.Trong công nghệ chế biến thực phẩm ăn liền từ nguyên liệu rong sụn có thể giúp chúng ta có thêm nhiều mặt hàng mới có thể xuất khẩu, đa dạng hoá sản phẩm thực phẩm từ rong biển. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Hiện nay công nghệ sản xuất Carragenan từ rong sụn đang còn là lĩnh vực khá mới ở nước ta. Do vậy mà việc nghiên cứu chiết rút Carragenan và phối trộn với các polysacarid khác nhằm nâng cao chất lượng, từ đó ứng dụng vào các ngành công nghiệp và nghiên cứu khoa học là vấn đề rất cần thiết. Với mong muốn góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu các lĩnh vực trên, được sự đồng ý của khoa chế biến với sự hướng dẫn của thầy Đỗ Văn Ninh em đã thực hiện đề tài: “Chiết rút Carragenan từ rong sụn và nghiên cứu thử nghiệm sản xuất kẹo thạch Carragenan- nhân nho”. Do bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu nhằm vận dụng kiến thức đã học vào thực hành, năng lực và thời gian có hạn nên em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Nha trang,tháng 11 năm 2005 Sinh viên Hà Thị Minh Ngọc Phần I TỔNG QUAN PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com A. TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN VÀ CARRAGEENAN I.1.TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN (Kappaphycus Alvarezii). Với chiều dài bờ biển hơn 3200 km, khí hậu thuận lợi đã tạo cho nước ta một tiềm năng to lớn để phát triển ngành Thuỷ sản. Đặc biệt với một hệ sinh thái rong biển đa dạng tồn tại và phát triển ở ven bờ thì đây là một nguồn tài nguyên phong phú để phát triển ngành công nghiệp rong biển, một ngành có vị trí quan trọng trong ngành kinh tế biển Việt Nam. Cùng với các loại rong như rong nâu, rong câu chỉ vàng … thì hiện nay nguồn rong sụn cũng đang được trồng phổ biến ở nước ta, đây là loại rong mới được đưa vào trồng ở nước ta từ năm 1993. Các công trình nghiên cứu về sinh thái của rong sụn đã khẳng định: Rong sụn hoàn toàn có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt ở mặt nước ven biển Việt Nam, trong các đầm, vịnh nhiều san hô, bãi ngang, ao, hồ lặng gió và nhất là ở các tỉnh Nam Trung Bộ. I.1.1.Đặc tính sinh học của rong sụn Đối tượng của đề tài này rong sụn (Kappaphycus Alvarezii) là loài rong biển nhiệt đới gần đây mới được di trồng thành công vào vùng biển nước ta. Rong sụn thuộc ngành hồng tảo Rhodophyta, bộ Gigartinales, họ Solieriaceae, giống Kappaphycus, loài Kappaphycus alvarezii. Đây là loài cây sinh sản vô tính tự nảy mầm, chồi hình thành cây mới, ưa mặn chỉ sinh trưởng và phát triển tốt ở những vùng nước có độ mặn cao (28-30%), nhiệt độ từ 25-28oC, nước giàu các muối dinh dưỡng(Amon, Nitrat, Photphat…), cường độ ánh sáng thích hợp nhất từ 30.000-50.000 lux. Sự lưu chuyển và trao đổi nước thường xuyên đóng vai trò vô cùng quan trọng cho sự phát triển của PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com cây rong tránh các bệnh thường gặp khi điều kiện môi trường bất lợi. Loài rong này có tốc độ sinh trưởng rất nhanh trong những điều kiện thích hợp: từ một bụi trồng ban đầu có trọng lượng khoảng 100g sau 3 tháng có thể tăng trưởng thành bụi rong có trọng lượng khoảng 14-16kg, thời gian thu hoạch ngắn từ 2-2,5tháng. Hiện nay rong sụn đang là đối tượng được nhiều người dân quan tâm vì điều kiện nuôi trồng dễ, ít mắc bệnh, thu nhập tương đối cao, thời gian thu hoạch ngắn, ngư dân có thể kết hợp trồng rong với việc nuôi trồng một số loài thuỷ sản mà không ảnh hưởng gì đến cây rong. I.1.2. Thành phần hoá học của rong sụn Rong sụn sau khi thu hoạch được rửa bằng nước ngọt và đem đi phơi nắng đến độ ẩm khoảng 20% đem phân tích thành phần hoá học thu được kết quả sau:(Bảng 1) STT Thành phần Đơn vị tính Nguyên liệu rong sụn 1 Protein % 2,4 2 Đường tổng % 0,0 3 Cellulose % 4,0 4 Am % 19,6 5 Tro tổng % 20,0 6 Carrageenan % 40 7 K % 2,2 8 Na % 2,4 9 Ca Ppm 0,36 10 Fe % 0,04 11 Cu % 2,3 12 S tổng Ppm 2,6 13 SO2-4 % 8,08 14 I % 23 15 Cl % 6,87 16 Hg % 0,01 17 As % 0,02 18 Pd % 0,75 19 Cd % 1,31 20 Sb % 5,08 21 Tổng kim loại % 40-5- Bảng1. Thành phần của rong sụn PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Trong rong sụn hàm lượng protein tổng đạt khoảng 3% trọng lượng chất khô, có thể nói là thấp so với các thành phần khác có trong rong cũng như so vơi các loại đậu nhưng vẫn cao hơn một số loại rau quả khác. Tuy nhiên trong thành phần protein có chứa 11 acid amin với hàm lượng khá cao trong đó có 5 loại acid amin không thay thế. Do đó protein trong rong sụn có giá trị kinh tế khá cao, kết quả xác định trên bảng 2: ST T Acid amin không thay thế Hàmlượng (%) STT Acid amin không thay thế Hàm lượng (%) 1 Leucin 0,08 7 Glutamin 0,28 2 Methionin 0,07 8 Glycin 0,13 3 Phenyalamin 0,023 9 Prolin 0,23 4 Valin 0,07 10 Serin 0,11 5 Triptophan 0,082 11 Tyrosin 0,88 6 Alanin 0,14 Bảng2. Hàm lượng các acid amin xác định được trong protein của rong sụn Rong sụn có chứa lượng tro rất đáng kể nhưng khi được xử lý chế biến thành thực phẩm thì hàm lượng tro còn lại so với lúc chưa xử lý là 6/10 hay đạt khoảng 16% trọng lượng khô, như vậy hàm lượng khoáng bám ở lớp tế bào bên ngoài đã giảm đi nhiều. Mặc dù vậy rong sụn vẫn chứa một hàm lượng khoáng rất cao ở bên trong tế bào, bao gồm các khoáng vi lượng như: Mo, Fe, Cu, Ca, Na, I… trong đó I, Fe, Cu có hàm lượng cao nhất. Bên cạnh đó trong rong nguyên liệu vẫn tồn tại một số kim loại nặng như: Hg, As, Pb, Cd, Sb với tỷ lệ vừa phải vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Trước khi chế biến cần xử lý rong nguyên liệu thích hợp và khi chế biến thành thực phẩm thì hàm lượng ẩm tăng cao (80-90%) khi đó hàm lượng các kim loại nặng giảm. Bởi vì các kim loại nặng không giữ chức năng sinh lý nào trong tế bào, chúng không có trong tế bào mà chỉ nhiễm vào tế bào rong biển qua quá trình trao đổi chất và tồn tại ở lớp biểu bì bên ngoài. Do vậy có thể nói rong sụn là nguyên liệu giàu khoáng và không độc hại đối với cơ thể. Đặc biệt thành phần chính trong rong sụn là carrageenan hàm lượng chiếm khoảng 40% khối lượng rong, trong đó loại carrageenan tan chiếm khoảng 33% và PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com không tan chiếm 7%. Carrageenan là một loại polysaccharid được liên kết bởi các phân đoạn Kapa(k), Lamda(λ), Iota (i), Mu(µ), và Nu(υ). Carrageenan chiết rút từ rong sụn thuộc loại Kappa-Carrageenan vì đa phần phân đoạn của mạch polysacarid có tính nhũ hoá, có tính kết nối, ổn định, đông kết và tạo sức đông bề mặt tốt. Do đó carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong thực phẩm carrageenan không tạo ra năng lượng đáng kể cho cơ thể vì không thuỷ phân hoàn toàn thành đường đơn, sinh năng lượng nhưng lại cần thiết cho cơ thể, bởi nó cung cấp một lượng vi khoáng đáng kể đồng thời giúp cơ thể bài tiết được các chất độc, chữa bệnh mãn tính. Tuy nhiên mức độ hấp thụ carrageenan còn tuỳ thuộc vào loại carragenan(λ,i, µ,υ). Nhờ những tính ưu việt trên mà cần đẩy mạnh công nghệ chế biến rong biển thành thực phẩm làm thức ăn quen thuộc trong khẩu phần ăn hàng ngày của người dân. Bên cạnh đó phải phát triển công nghiệp sản xuất Carrageenan để làm phụ liệu cho các ngành công nghiệp khác như: thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, dệt, nhuộm, polyme, phim ảnh… I.2.TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN I.2.1.Lịch sử phát triển Carrageenan đã được biết đến từ rất lâu đời ở các nước phương tây .Vào những năm 1842-1862, các nhà khoa học như: Schimdt, Stantord… đã phát hiện ra Carrageenan có trong một loài tảo đỏ có tên là Chondrus Cripus và loài Iishmoss thuộc họ Rhodophyceae, nhưng những khám phá của họ còn thô sơ, chưa xác định được những tính chất, thành phần cũng như đặc điểm của nó. Mãi cho đến những năm khi chiến tranh thế giơi thứ nhất bùng nổ, việc chiết xuất gelatin để phục vụ quân đội trở nên cấp thiết. Do đó cần phải có chất thay thế, rất nhiều các cuộc nghiên cứu đã được tiến hành để giải đáp cho vấn đề này và cuối cùng họ đã tìm được một chất có tính chất rất giống với gelatin đó là carrageenan. Vì carrageenan gần giống với gelatin nên đã được Stantord gọi tên lần đầu tiên cho gelatin có nguồn gốc từ rong đỏ này là carrageenin (1862). Nhưng sau đó từ carrageenan đã được dùng song song và phổ cập hơn so với tên gọi carrageenin, tên Carrageenan hay Carrageenin hay CarrageenanIrish moss là tên của một thị trấn ven biển Irish thuộc Carrageen. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Cùng với sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật cũng như thiết bị hiện đại, ngày nay chúng ta đã khám phá ra những điều hữu ích mà Carrageenan đã mang lại. I.2.2. Phân loại và cấu tạo của Carrageenan Carrageenan là một loại colloid thuộc nhóm phycocolloid có cấu trúc chung là một polyme 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. Các liên kết ở vị trí số 3 xuất hiện ở các gốc có 2 và 4 sunphat hoặc không có sunphat trong khi liên kết ở vị trí số 4 ở các gốc có sunphat, gốc 2,6 disunphat, gốc 2,6 anhyđrit và 3,6anhydrit-2-sunphat. Sunphat hoá ở vị trí số 3 không bao giờ có. Carrageenan tạo thành chủ yếu nhờ các mạch poly D-galactoza bị sunphat hoá có phân tử lượng từ 500-700 đvC kết hợp với nhau bằng liên kết β-1,4 và C-1,3 luân phiên nhau. Hợp phần cấu tạo của Carrageenan gồm có D-galactoza(17-31%) còn Lgalactoza chiếm lượng nhỏ. Ngoài ra thành phần của Carrageenan còn có H2SO4, Ca++, và 3,6 anhydro - D – galactoza. Dạng tồn tại trong tế bào rong đỏ của carrageenan luôn được gắn với Ca++, K+, Na+ như: R – (OSO3)Ca, hoặc R – OSO3Na, hoặc R – OSO3K (trong đó R là gốc cacbuahydro). Trong các công trình ban đầu thuỷ phân carrageenan cho thấy có hai phân đoạn là kappa-carrageenan và lamda-carrageenan. Kappa được định nghĩa là phân đoạn kết tủa trong dung dịch KCl trong khi lamda là phân đoạn tan trong dung dịch này. Về cấu trúc hoá học gần một nửa gốc đường trong kappa là 3,6anhydro-D-galactose trong khi lamda chứa ít hoặc không chứa gốc đường này. Một lượng lớn các công trình nghiên cứu trong hai thập niên 60 và 70 cho thấy Carrageenan có nhiều cấu trúc khác nhau và được định nghĩa theo các thuật ngữ hoá học. Người ta phân carrageenan ra làm các loại là mu, kappa, nu, iota, lamda, theta và xi. Các loại này chỉ khác nhau ở mức độ sunphat hoá, vị trí sunphat hoá, mức độ dehydrat hoá. Thị trường thế giới chủ yếu có 3 chủng loại carrageenan là Kappa-Carrageenan, lamda-carrageenan và iota-carrageenan, trong đó kappa-Carrageenan chiếm thị phần lớn nhất (80%). I.2.2.1.Kappa-Carrageenan: PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Kappa-carrageenan là một loại polyme mạch ngắn xen kẽ giữa D-galactose-4sunphat (Gal S) và 3,6-anhydro-D-galactose (Gal A). Cấu trúc phân tử kappaCarrageenan là một vòng xoắn kép bậc 3. - O SO2 O CH2OH O O O O O OH OH n k-Carrageenan I.2.2.2. Iota-Carrageenan Cũng giống nhau kappa-Carrageenan nhưng gốc 3,6 – Anhydro-galactose lại ở vị trí cacbon thứ 2. Iota-Carrageenan là Carrageenan có nhóm SO42- nhiều nhất trong mạch phân tử, cấu trúc là vòng xoắn kép bậc 2, gel iota – Carrageenan có tính đàn hồi và mềm hơn so với kappa-Carrageenan. - O SO2 O O CH2OH O O O O OSO3- OH i- Carrageenan I.2.2.3. Lamda-Carrageenan PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com n Trong mạch phân tử, các đơn vị monomeric được xen kẽ với nhau, các đơn vị gồm D –galactose –2-sunphat(1,3) và D-galactose-2,6- disulphat (1,4). OSO3- OH CH2OH O O O CH2O O OH OSO3 - n λ - Carrageenan Các phân đoạn này có tính đa phân tán nhưng chúng khác nhau về thành phần ester sulphat và gốc quay quang. Lamda – Carrageenan có khối lượng phân tử cao và mạch dài hơn kappa- Carrageenan. Thành phần của phân đoạn này cũng phụ thuộc vào chế độ xử lý, nấu chiết và loại rong nguyên liệu. Ở k-Carrageenan và iota – Carrageenan các gốc D–galactose có hình thể 4C.1, còn gốc 3,6- Anhydro-D-galactose có hình thể 4C.1. Trong lamda- Carrageenan thì chỉ có D- galactose có hình thể 4C.1. Các Carrageenan khác nhau về mức độ sulphat hoá, kappa-Carrageenan thường được sulphat hoá một phần ở nhóm OH của C6 của gốc Dgalactose và nhóm OH của C2 ở cả 2 gốc. Trong đó iota- Carrageenan thì nhóm OH của gốc Anhydro galactose luôn luôn được sulphat hoá và chỉ có 10% gốc galactose được sulphat hoá ở OH của C2 và C6. Còn trong lamda- Carrageenan thì ở một gốc galactose luôn được sulphat hoá ở C2 và C6 còn gốc kia chỉ một phần ở vị trí C2. Mạch polysaccharide của các carrageenan có cấu trúc xoắn kép mỗi vòng của xoắn đơn do 3 gốc disaccharid tạo nên. Ở trong iota-carrageenan các gốc monosaccharide của một xoắn này được phân bố ở giữa các gốc xoắn thứ hai. Vì có sự phân bố tương hỗ của các phân tử vốn đã có cấu trúc bậc 2 nên có thể nói carrageenan có cấu trúc bậc 3. Cấu trúc bậc 3 được ổn định nhờ các liên kết hydro giữa oxy của C6 của gốc galactose của mạch này và gốc tương tự ở một mạch khác. Trong dung dịch các xoắn kép có thể liên hợp với nhau để tạo thành cấu trúc bậc 4. Cấu trúc ba chiều như thế là cơ sở để tạo thành gel khi làm nguội trong dịch nước của carrageenan. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Tỷ lệ các nhóm SO42- ở carrageenan khá cao nên làm cho các polymer ở dạng anion này phản ứng với các phân tử protein tích điện dương do đó làm cho độ nhớt của dung dịch tăng lên. Khi có mặt của ion K+ thì các carrageenan sẽ tạo gel giống như gel của agar. Carrageenan được chia làm hai nhóm chính: Nhóm 1: Chứa các loại mu, nu, kappa, iota và các dẫn xuất lai của chúng. Các carrageenan này tạo gel với ion K+ hoặc có thể xử lý kiềm để có tính chất tạo gel. Nhóm 2: Chứa các loại lamda, xi, theta, và các dẫn xuất lai giữa chúng, nhóm này không có khả năng tạo gel ngay cả trước và sau khi xử lý kiềm. Carrageenan có tính chất tạo gel đông giống như agar agar nhưng sức đông kém hơn bởi lực đẩy tĩnh điện của các nhóm SO3-. Tuy nhiên trong môi trường có canxi thì sức đông tăng lên rất lớn (800 – 1000g/cm2) do có sự tạo thành cầu nối liên kết caxisunphat giữa các phân tử carrageenan trong dung dịch. làm lạnh a) dung dịch đun nóng, Ca2+ Đun nóng c) Gen II làm lạnh Bổ sung Ca2+ b) Gen I Bước đầu tạo gel a) Carrageenan ở thể dung dịch, phân tử hoà tan ở dạng cấu trúc bậc 1, vô định hình. b) Khi nhiệt độ hạ thấp xuống, các sợi đơn lẻ hình thành xoắn kép với nhau nhờ liên kết hydro của oxy ở C6 tạo cấu trúc bậc 2,3, lúc này trong dung dịch có sự sắp xếp PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 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. c) Khi nhiệt độ lại 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 nhóm –OH mạch bên tạo nên trạng thái ổn định, trật tự và ở trạng thái gel đông. Trường hợp có mặt của ion Ca++ thì gel đông bền vững hơn nhiều do tạo thành các cầu liên kết canxiphosphat giữa hai phân tử carrageenan hoặc giữa các cặp xoắn kép. Trong môi trường acid yếu carrageenan chuyển thành carrageenic axit ROSO3H, còn trong môi trường kiềm carrageenan bị khử bớt gốc –SO3- và hình thành liên kết anhydro. I.2.3 Tính chất và ứng dụng của carrageenan I.2.3.1. Tính chất của carrageenan Tính chất của một polymer. Carrageenan là một polymer mang điện tích âm được hình thành do quá trình đồng trùng hợp. Khi thêm vào dung duịch carrageenan những chất điện phân thì dung dịch kém bền ( giảm độ nhớt), thậm chí với những vết chất điện phân. Sự trương: carrageenan hút nước mạnh và sự hút nước kèm theo trương phồng đáng kể tạo thành gel theo thời gian khi nó tiếp xúc với dung môi. Carrageenan là polysaccharide có cực nên trương nở trong dung môi có cực (nước ). Tính tan Môi trường Nước nóng Nước lạnh Sữa nóng Sữa lạnh Sữa lạnh (tetrasodium pyrophosphate) Dung dịch đường Dung dịch muối Dung môi hữu cơ k- Carrageenan Tan ở >700C _ Tan Không tan i- Carrageenan Tan ở >700C _ Tan Không tan Đặc hoặc tạo gel Đặc hoặc tạo gel Tan trong dung dịch nóng Không tan trong dung dịch lạnh và nóng Không tan Khó tan Tan trong dung dịch nóng Không tan λ- carrageenan Tan Tan trong các loại muối Tan Phân tán dày đặc Tăng độ đặc hoặc độ tạo gel Tan trong dung dịch nóng Tan trong dung dịch nóng Không tan Bảng 3 :Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau Carrageenan tan trong nước đặc biệt là trong nước nóng (có thể tan tới 10%), tuy nhiên tính tan còn phụ thuộc vào loại carrageenan. Muối sodium của k-carrageenan PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com và I-carrageenan hoà tan trong nước lạnh, trong khi đó muối Ca2+,K+ của carrageenan không tan được trong nước lạnh. K-carrageenan và lamda-carrageenan hoà tan trong dung dịch sucrose nóng ở nồng độ >65% và nhiệt độ 700C, trong khi iota- carrageenan không hoà tan dễ dàng trong dung dịch sucrose nóng ở bất kì nhiệt độ nào. Bên cạnh đó carrageenan tan trong anhydrous hydrrazine, ít tan trong formamide và methyl sulfoxide, không tan trong dầu và dung môi hữu cơ. Tính chịu nhiệt. Gel carrageenan không bền với nhiệt, nhiệt độ nóng chảy của gel carrageenan thấp hơn nhiều so với agar. Sự tạo gel – sự keo hoá. Khả năng keo hoá của carrageenan nằm trung gian giữa agar và gelatine nhưng nó gần giống gelatine hơn. Sự hình thành gel của dung dịch carrageenan là một quá trình nhiệt thuận nghịch, khi nhiệt độ cao hơn giá trị nhiệt độ tạo gel thi gel sẽ tan chảy (cân bằng bị phá vỡ). Tuy nhiên khoảng cách nhiệt từ trạng thái gel đến tan chảy là một giá trị không đổi, một thí nghiệm cho biết giá trị này khoảng 5-220F Khả năng hình thành gel của carrageenan phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dung dịch, nồng độ dung dịch và nhiệt độ tạo gel phụ thuộc vào loại và số lượng muối có mặt trong dung dịch. Ngoài ra tính chất tạo gel còn phụ thuộc chủ yếu vào loài rong, độ nhớt và phụ thuộc rất lớn vào công nghệ chiết rút, phụ thuộc vào sự hình thành và phân bố các gốc galactose trong mạch polymer. Sự tạo gel Kappa Iota Lamda Gel chắc nhất Với K+ Với Ca+ Không tạo gel Cấu trúc gel Giòn, dễ vỡ Đàn hồi _ Đông lại sau khi kéo Có Không Không Sự đông đặc Có Không Không Tính ổn định khi làm đông / tan giá Không Có Có Bảng 4: Tính chất tạo gel của các loại carrageenan khác nhau. Tính bền axit. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Với hệ pH thấp cùng với sự tác dụng của nhiệt độ thì sự thuỷ phân xảy ra nhanh hơn do đó gel carrageenan rất kém bền trong môi trường acid. Tính hấp thụ tia hồng ngoại và màu. Dung dịch carrageenan là một chất hữu cơ nên có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại cho phổ có bước sóng trong phạm vi nhất định phụ thuộc vào loại và thành phần carrageenan. Dựa vào tính chất này người ta có thể biết được carrageenan thuộc loại nào: kappa-, Iota- hay lamda-carrageenan… các loại polysaccharid thường cho bước sóng ở vùng hồng ngoại trong khoảng 1000-1100 cm-1. Với các loại carrageenan tạo gel thì cho mũi hấp thụ cực đại (mũi hấp thụ trong khoảng rộng) ở 1065 cm-1, loại không tạo gel có mũi hấp thụ ở vùng thấp hơn 1020 cm-1. Tính thuỷ phân và sự metyl hoá, ứng dụng để xác định công thức cấu tạo của carrageenan. Dung dịch carrageenan ít bị thuỷ phân trong môi trường pH=9, ở môi trường pH =7 dung dịch muối Natri carrageenan bị thoái hoá do phân tử carrageenan bị đứt liên kết 3,6 anhydrogalactose. Và từ phản ứng xác định tính thuỷ phân kiềm của nhóm ester sulphat của carrageenan đã nói lên cấu trúc của carrgeenan có nhóm ester sulphat ở C4 trong gốc galactose. Carrageenan mà đặc biệt là K-carrageenan sẽ bị thuỷ phân bởi enzyme Pseudomonate carrageenan hay K-carrageenanovora. Khi carrageenan (k-, λ-) bị thuỷ phân bởi enzyme này thì độ nhớt của dung dịch giảm đi rất nhiều và làm tăng khả năng khử, tạo các sản phẩm thuộc dãy đồng đẳng của oligosaccharide sulphat, 3-o-(3,6anhydrose-α-D galactose)- D – galactose-4-o-sunffatca. Carrageenan bị metyl hoá tạo ra các dẫn xuất methyl như 2,4,4,6- tetre-methyl D(L) – galactose hoặc 2,4,6-tri-o-methyl-D(L)-galactose và dựa vào đặc tính này người ta xác định được thành phần cấu trúc của carrageenan. Độ nhớt. Độ nhớt của dung dịch carrageenan phụ thuộc rất lớn vào độ dài của mạch polymer và các yếu tố ảnh hưởng đến nó, hay nói cách khác độ nhớt của carrageenan phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, nhiệt độ, sự có mặt của các chất tan khác, nồng độ PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com và loại carrageenan. Độ nhớt dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỷ lệ nghịch với nhiệt độ. Phản ứng tạo tủa. Carraageenan là một polymer mang điện tích âm nên sẽ kết tủa trong các đại phân tử mang điện tích dương như: metylen xanh, safranine, mauvine, những phẩm màu azo thiazo khác, tính chất này giống một vài alkaloid và protein. Một vài tính chất khác. Carrageenan cho 3 phản ứng màu đặc trưng: oerin, carrbazon, diphenylamin. Tất cả các cation có trong các polymer của carrageenan có thể bị ion hoá như những muối monometallic carrageenan khi bị thuỷ phân cho các sản phẩm:glucose, pentose, fructose, acid ketogluconic… I.2.3.2. Phân biệt carrageenan với một vài chất khác Trong công nghiệp thực phẩm và đặc biệt là trong công nghệ sản xuất bánh kẹo, mứt đông, fromage, sản xuất bánh kem đòi hỏi cần phải đạt được cấu trúc đông tụ dạng keo để tạo cho sản phẩm có độ đồng nhất cao. Do đó cần phải có chất phụ gia tạo keo đông. Các chất phụ gia tạo keo đông bao gồm: Carrageenan, algiante, agar-agar, pectin, gelatin. Đây là những chất tạo đông cơ bản nhưng đôi khi nó lại quyết định rất lớn đến chất lượng sản phẩm. Các chất tạo keo đông này đều có màu sắc và dạng tinh thể (bột) giống nhau nên khó phân biệt. Người ta dựa vào những tính chất đặc trưng để phân biệt chúng. a) + Agar-agar. Là các phức polysacchride mạch thẳng. Những đường chủ yếu là β-D- galactopyranose và 3,6-anhydro-α -L-galactopyranose. + Agar bền nhiệt trong phạm vi xử lý nhiệt thậm chí ở 100oC + Agar phản ứng với Thionin tạo thành dung dịch màu tím. b) Natri Alginate. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com + Natri alginate có bản chất là polymer, có tính háo nước, khi hoà tan trong nước tạo thành dung dịch có độ nhớt cao, trong suốt, và chuyển thành axit alginic kết tủa ở pH<3. + Natri alginate bị đề polymer hoá ở nhiệt độ lớn hơn hoặc bằng 70oC, kết tủa với cồn, Ca2+, khi kết tủa canxi alginat không tan trong nước. c) Pectin + Là một polysaccharide được tạo thành bởi các đơn vị galacturonic C6H10O7 có nhóm –COOH có thể bị ester hoá bởi các rượu. + Pectin có khả năng tạo keo đông khi có mặt một lượng đường khử và nước khá cao. + Khả năng keo hoá của pectin chỉ xuất hiện trong môi trường axit. + Dung dịch pectin bị kết tủa trong cồn 50o, trong khi agar và gelatin đều không bị kết tủa ở nồng độ này. + Pectin và Carrageenan đều cho tủa tốt với dung dịch Th(NO3)4, agar thì không cho tủa. d) Gelatin + Là một protein được sản xuất từ da và xương động vật. + Gelatin là chất tạo gel đông ưa nước điển hình, thuộc loại polymer nhiệt dẻo, có thể nóng chảy hoặc đông tụ. + Gelatin phản ứng với Thionin cho màu xanh đen. + Gelatin dễ dàng bị các vi sinh vật xâm nhập và phá huỷ. I.2.3.4. Ứng dụng của Carrageenan Carrageenan được ứng dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực thực phẩm và phi thực phẩm. Trong công nghệ thực phẩm Carrageenan đã được sử dụng với vai trò là nguồn cung cấp năng lượng cho con người, trong dược phẩm, trong công nghiệp, trong nghiên cứu, ngoài ra nó còn được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác, trong kỹ nghệ: kỹ nghệ sơn, công nghệ dệt,… Nói chung Carrageenan được dùng với công dụng làm nâng cao đặc tính của thực phẩm sữa và thực phẩm nước, tạo nhũ tương, keo và tính kết nối. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, người ta đã khám phá ra những lợi ích tuyệt vời mà Carrageenan mang lại. a)Trong thực phẩm -Carrageenan đóng vai trò là chất phụ gia quan trọng để tạo đông tụ, tạo tính mềm dẻo, đồng nhất cho sản phẩm và cho điểm nóng chảy thấp. -Carrageenan được dùng làm món ăn trong thực phẩm như là: làm các món thạch, các món đông hạnh nhân, nước uống… Trong công nghệ sản xuất bánh mì, bánh quy, bánh cuốn,… trong thực phẩm tạo cho sản phẩm có cấu trúc mềm, xốp. -Trong công nghệ sản xuất sữa, chocolate, cần phải tạo cho dung dịch sữa có độ đồng nhất, ổn định và độ đặc nhất định. Do đó Carrageenan đã được sử dụng đáp ứng các yêu cầu trên. -Trong sản xuất kẹo carrageenan làm tăng độ chắc và độ đặc cho cây kẹo. Ngoài ra nó còn dùng để tạo độ bóng cho bề mặt một số sản phẩm bánh kẹo. -Carrageenan còn được ứng dụng trong sản xuất các loại mứt đông, mứt dẻo… -Trong bảo quản và đóng hộp các sản phẩm thịt: thịt gà, thịt vịt, xúc xích và các sản phẩm từ thịt khác. -Carrageenan còn được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như: trang trí các món ăn, các loại dầu giấm để trộn salad, món thịt đông có trứng -Carrageenan còn ứng dụng để mạ băng cho sản phẩm đông lạnh nhằm làm giảm sự hao hụt trọng lượng do nước bay hơi và giảm biến đổi chất lượng thực phẩm do oxy hoá bởi không khí. b) Trong y dược và dược phẩm. -Carrageenan được dùng để sản xuất ra các loại dược phẩm quan trọng như: sản xuất các loại thuốc dạng nhờn, nhũ tương để xoa lên vết thương rất hữu hiệu, sản xuất các loại thuốc chống loét dạ dày, thuốc nhuộn tràng vì carrageenan có khả năng cố định men pepsin để bảo vệ các vết loét và làm cho vết loét mau lành. -Carrageenan có cấu trúc sulfate có khả năng ngăn cản trực tiếp sự đóng cục màu đặc. Nhờ có carrageenan mà con người đã nghiên cứu và thử nghiệm để tìm ra các loại thuốc hữu hiệu để điều trị bệnh cho con người. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com c) Trong mỹ phẩm. Carrageenan được dùng để sản xuất ra các loại kem dưỡng da, trong các loại nước hoa…. Có khả năng tạo nhũ hoá tốt cho việc dệt, nhuộm. d) Trong nghiên cứu. Carrageenan là môi trường để nuôi cấy các loại vi sinh vât, môi trường cố định enzyme, là chất xúc tác trong công nghiệp tổng hợp và chuyển hoá các chất khác. Từ carrageenan người ta đã khám phá phương pháp tạo ra chất đồng trùng hợp dùng như một chất trung gian, các chất này dùng để làm giảm sức ỳ cho tàu thuyền khi có sự tập trung huyền phù có độ đặc cao. Carrageenan được cấy trên các mẫu thực vật, động vật để nghiên cứu các loại chất mới. Ngoài ra carrageenan còn được dùng như một chất mềm, dịu hay chất ổn định cho hệ polymer. e) Trong nông nghiệp. Carrageenan được dùng để sản xuất các loại phân bón hữu cơ. f) Trong các ngành khác. Dùng carrageenan để sản xuất ra các loại sợi nhân tạo, sơn nước, phim ảnh, giấy viết… I.3. TÌNH HÌNH NUÔI TRỒNG, CHẾ BIẾN VÀ ỨNG DỤNG RONG SỤN Ở NƯỚC TA Rong sụn trên thế giới đã được nghiên cứu nuôi trồng, chế biến và sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ rất lâu rồi, các mặt hàng chế biến từ rong sụn đã trở nên phổ biến và quen thuộc với người tiêu dùng. Do đó các nhà khoa học trên thế giới đã xếp rong sụn vào dạng thực đơn quan trọng trong đời sống con người. Với nước ta thì: I.3.1. Nuôi trồng Mặc dù được thiên nhiên ưu đãi nhưng sự đầu tư để phát triển nuôi trồng rong sụn còn hạn chế và chưa có hiệu quả, chưa có quy hoạch rộng rãi. Rong sụn mới chỉ được trồng ở các tỉnh Nam Trung Bộ với số lượng trung bình. Rong sụn trồng được chưa có chất lượng cao và hay còn bị bệnh. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com