Tài liệu Nghiên cứu sản xuất carrageenan từ rong sụn kappaphycus alvarrezii (doty) doty bằng phương pháp sử dụng enzym viscozyme l

  • Số trang: 70 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 73 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, phòng Đào tạo Đại học, Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm lời cảm ơn, niềm tự hào đã được học tập tại trường trong những năm qua. Lòng biết ơn chân thành xin được giành cho thầy TS. Vũ Ngọc Bội - Trưởng khoa Công nghệ Thực phẩm, đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian em thực hiện đề tài vừa qua. Xin chân thành biết ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm đã giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quí báu trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Nha Trang để em làm hành trang sau này. Xin cảm ơn các thầy cô giáo ở các phòng thí nghiệm của Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học, phòng thí nghiệm Hóa sinh-Vi sinh, Trung tâm thực hành thí nghiệm, Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực tập. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thành viên trong gia đình, các bạn cùng làm thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ em thực hiện đề tài. 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................5 CHƯƠNG I.........................................................................................................7 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME VISCOZYME L..................................................................................................7 1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN ................................................................7 1.1.1. Giới thiệu về rong sụn............................................................................7 1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn.............................................................8 1.1.3. Thời vụ trồng rong sụn...........................................................................9 1.1.4. Thành phần hóa học của rong sụn ..........................................................9 1.1.5. Ứng dụng của rong sụn ........................................................................11 1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN ....................................................12 1.2.1. Giới thiệu về carrageenan ....................................................................12 1.2.2. Cấu tạo và phân loại carrageenan.........................................................13 1.2.3. Một số tính chất của carrageenan.............................................................15 1.2.4. Ứng dụng của carrageenan ......................................................................21 1.3. TỔNG QUAN VỀ ENZYM VISCOZYME L .........................................23 1.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CARRAGEENAN .................24 1.5. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN ........................26 1.5.1. Một số phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết ................................26 1.5.2. Kỹ thuật nấu chiết carrageenan................................................................27 1.5.3. Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan ....................................29 CHƯƠNG II......................................................................................................32 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................32 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU ................................................................................32 i 2.1.1. Rong nguyên liệu.....................................................................................32 2.1.2. Enzyme VISCOZYME L ........................................................................32 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...............................................................32 2.2.1. Các phương pháp phân tích .....................................................................32 2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm.................................................................35 2.2.2.1. Quy trình dự kiến..................................................................................35 2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm...................................................................................38 2.3. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT..........................................................................43 2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ................................................................43 CHƯƠNG III ....................................................................................................44 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................................................44 3.1. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ENZYME VISCOZYME L...................................................................44 3.1.1 Xác định nồng độ enzyme trong công đoạn xử lý .....................................44 3.1.2. Xác định nhiệt độ xử lí enzyme ...............................................................47 3.1.3. Xác định tỉ lệ nước nấu/rong trong công đoạn nấu chiết ..........................49 3.1.4. Xác định thời gian nấu thích hợp .............................................................53 3.1.5. Xác định pH thích hợp.............................................................................56 3.2. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN .........................60 3.3. SẢN XUẤT THỬ SẢN PHẨM VÀ TÍNH CHI PHÍ NGUYÊN VẬT LIỆU CHO SẢN PHẨM···································································································62 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ................................................................64 1. KẾT LUẬN...................................................................................................64 2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .......................................................................................64 ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi ........................................................................7 Hình 1.2 Hình ảnh rong sụn khô..........................................................................7 Hình 1.3. Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D – galactose pyranose và α – D –galactose pyranos ...............................................13 Hình 1.4. Cấu tạo của k – carrageenan ..............................................................14 Hình 1.5. Cấu tạo của I –carrageenan ................................................................14 Hình 1.6. Cấu tạo của λ – carrageenan...............................................................15 Hình 1.7. Mô hình phản ứng giữa Carrageenan và Protein ................................16 Hình 1.8. Quá trình tạo gel đông của Carrageenan ............................................18 Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến hiệu suất thu nhận carrageenan...............................................................................................44 Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến sức đông của carrageenan .......................................................................................................45 Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến độ nhớt của carrageenan .......................................................................................................45 Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến hiệu suất thu nhận carrageenan ........................................................ Error! Bookmark not defined. Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến sức đông của carrageenan ........................................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến độ nhớt của carrageenan ........................................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 3.7. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến hiệu suất thu carrageenan ........................................................................... Error! Bookmark not defined. iii Hình 3.8. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến sức đông của carrageenan ........................................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 3.9. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến độ nhớt của carrageenan ........................................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến hiệu suất thu nhận carrageenan ...54 _Toc298331636 Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến sức đông của carrageenan ....Error! Bookmark not defined. Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến độ nhớt của carrageenan .............55 Hình 3.13. Ảnh hường của pH nấu chiết đến hiệu suất thu nhận carrageenan....57 Hình 3.14. Ảnh hường của pH nấu chiết đến sức đông của carrageenan............57 Hình 3.15. Ảnh hường của pH nấu chiết đến độ nhớt carrageenan ....................58 Hình 3.16. Hình ảnh về sản phẩm carrageenan dạng sợi..................................653 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học của rong sụn .....................................................10 Bảng 1.2. Hàm lượng amino acid của rong sụn .................................................11 Bảng 1.3. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau ................19 iv MỞ ĐẦU Việt Nam là một nước nhiệt đới, có bờ biển dài hơn 3200 km với trên 1 triệu km2 thềm lục địa là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nuôi trồng thủy sản trong đó phải kể đến các loại rong quý có giá trị kinh tế cao. Hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam đã tuyển chọn, di nhập một số loại rong mới để nuôi trồng thử nghiệm và phát triển thành nghề mới cho ngư dân nhằm khai thác tiềm năng mặt nước biển và đa dạng hóa nguồn nguyên liệu thuỷ sản. Trong số các loài rong mới được du nhập và phát triển tại Việt Nam trong những năm trở lại đây, rong sụn (Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty) là loại rong có giá trị kinh tế cao đã nhanh chóng thích nghi và phát triển tốt ở nhiều vùng biển tại Việt Nam. Hiện rong sụn được nuôi nuôi trồng và phát triển thành một nghề của ngư dân các tỉnh như Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Kiên Giang. Rong sụn là nguyên liệu để sản xuất carrageenan một loại polysaccarid được biết và sử dụng từ thế kỷ XVI. Ngày nay, carrageenan được nhiều nước sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghệ sinh học, y dược,… Nhờ có phổ ứng dụng rộng rãi nên nhu cầu carrageenan trên thế giới rất lớn và hàng năm nhu cầu này ngày càng tăng. Đã có nhiều công trình nghiên cứu tách chiết carrageenan từ rong sụn. Nhưng các công trình nghiên cứu đều sử dụng hóa chất để xử lý rong do vậy chất thải từ quá trình sản xuất gây ô nhiễm môi trường. Viscozyme L là enzyme có khả năng thủy phân cellulose vì thế nếu sử dụng enzyme này để phá hủy lớp vách tế bào thực vật bằng cellulose có thể giúp cho việc thu nhận carrageenan dễ dàng hơn, lượng hóa chất 5 sử dụng ít hơn thậm chí có thể không cần sử dụng hóa chất. Xuất phát từ thực tế này, em được khoa Chế biến giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarrezii(Doty) Doty bằng phương pháp sử dụng enzym Viscozyme L”. Mục tiêu của đề tài: sử dụng enzyme viscozyme L thay thế hóa chất để xử lý rong sụn trong quá trình sản xuất carrageenan. Nội dung của đề tài: 1) Tìm hiểu tình hình nghiên cứu carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty tại Việt Nam; 2) Xác định một số điều kiên thích hợp cho việc sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty bằng phương pháp sử dụng enzyme Viscozyme L; 3) Sơ bộ đề xuất quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty bằng phương pháp sử dụng enzyme viscozyme L; Do thời gian, kinh phí và kiến thức có hạn nên báo cáo này không tránh khỏi những hạn chế. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. 6 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME VISCOZYME L 1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN 1.1.1. Giới thiệu về rong sụn Rong sụn thuộc ngành: Rhodophyta, Lớp: Rhodophyceae, Phân lớp: Florideophycide, Bộ: Gigartinales, Họ: Areschougiaceae, Giống: Kappaphycus, Loài: alvarezii Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi Hình 1.2. Hình ảnh rong sụn khô Macxxell Doty là người đầu tiên tìm thấy rong sụn ở vùng biển Philippines vào năm 1972. Người có công thu nhận mẫu cùng với ông là Alvarezii. Do vậy Macxxell Doty đặt tên rong này là Euchuma alvarezii 7 Doty. Khi phân tích thành phần hóa học của loại rong này ông đã đổi tên Euchuma alvarezii Doty thành Kappaphycus alvarezii. Sau đó ông cùng với các nhà nghiên cứu tại trường đại học Hawaii bắt đầu nghiên cứu phát triễn phương pháp nuôi trồng rong sụn ở Hawaii. Từ đó, rong sụn nuôi trồng và phát triễn rộng rãi ở nhiều nước như Indonesia, Malaysia, Ấn Độ, Việt Nam …. 1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn Rong sụn là loài rong nhập nội có đặc tính giòn, dễ gẫy khi tươi. Vì vậy các nhà khoa học tại phân viện khoa học vật liệu Nha Trang đã thống nhất đặt tên Việt Nam cho loại rong này là rong sụn. Rong sụn có thân hình trụ tròn, đường kính thân chính có thể đạt tới 20mm. Từ trọng lượng 100g ban đầu sau một năm rong sụn tưng trưởng thành bụi rong, nặng 14 – 16 kg. Rong sụn chia nhánh rậm rạp, kiểu tự do không theo quy luật. Khi đang sinh trưởng trong nước biển có màu xanh nâu, thân giòn, dễ gẫy. Khi khô thành sợi cứng như sừng, có màu vàng nâu. Nhiệt độ thích hợp nhất cho sự sinh trưởng và phát triễn của rong sụn là từ 25 – 28oC. Nhiệt độ cao hơn 30oC và thấp hơn 20oC sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng của rong. Nếu nhiệt độ thấp hơn 15 – 18oC thì rong sẽ ngừng phát triễn. Rong sụn là loài ưa mặn, chúng chỉ sinh trưởng và phát triễn tốt ở nơi có độ mặn cao (28 – 32 ‰) ở độ mặn thấp (18 – 20 ‰) rong chỉ có thể tồn tại thời gian ngắn (5 – 7 ngày) và nếu kéo dài nhiều ngày rong sẽ ngừng phát triễn có hiện tượng đứt gẫy và dẫn đến tàn lụi. Rong sụn thuộc ngành rong đỏ Rhodophyta có chứa sắc tố chlorophyll và phycobline nên rong sụn chỉ thích nghi với ánh sang có 8 bước song ngắn với cường độ ánh sáng không cao từ 12000 – 50000 lux. Ánh sáng quá cao hoặc quá thấp thì đều ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triễn của rong sụn. Rong sụn phát triễn tốt ở vùng nước thường xuyên trao đổi và luân chuyển. Đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ sự sinh trưởng và phát triễn cũng như chất lượng của rong. Rong sụn và đa số các loài rong có mùi tanh đặc trưng, mùi của rong sụn là yếu tố phức tạp được cấu thành bởi nhiều yếu tố trong đó có sự tham gia đáng kể của bihenic acid, là loại acid do vi khuẩn sống trên thân cây rong sinh ra. Các vi khuẩn này có rất nhiều trong nước biển. Để khử mùi cho rong sụn, người ta có thể phơi rửa rong nhiều lần bằng nước sạch hoặc ngâm trong nước gạo, dấm ăn, nước trà…. 1.1.3. Thời vụ trồng rong sụn Có hai mùa trồng chính là: + Mùa chính ở các tỉnh Trung Bộ (từ Đà Nẵng đến Bình Thuận) thường từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Ở các tỉnh Nam Bộ thường từ tháng 6 đến tháng 3 năm sau. + Mùa phụ: Ở các tỉnh Trung Bộ thường từ tháng 4 đến tháng 9, ở các tỉnh Nam Bộ thường từ tháng 4 đến tháng 6. Thời gian trồng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường và mùa khí hậu của từng vùng trồng. Người ta thường thu hoạch rong sau khi trồng từ 2 đến 3 tháng. 1.1.4. Thành phần hóa học của rong sụn Thành phần chính của rong sụn là carrageenan. Hàm lượng carrageenan có thể chiếm đến 40% trọng lượng khô của rong. Trong đó carrageenan tan chiếm khoảng 33% và carrageenan không tan chiếm 7 9 %. Thành phần hóa học cơ bản của rong sụn nguyên liệu thu hoạch ở biển, phơi nắng đến độ ẩm khoảng 20 % rửa sạch bằng nước sinh hoạt và sấy khô ở 40 – 50oC để đạt trở lại độ ẩm 19 – 20% thể hiện ở bảng 1.1. Bảng 1.1. Thành phần hóa học của rong sụn Thành Hàm Đơn vị Thành Hàm Đơn vị phần lượng tính phần lượng tính Protein 2,40 % Cu 2,30 % Đường tổng 0,00 % S 2,60 % Cellulose 4,00 % SO42- 8,08 ppm ẩm 19,60 % I 23,00 % Tro tổng 20,00 % Cl 6,87 % Carrageena 40,00 % Hg 0,01 % K 2,20 % As 0,02 % Na 2,40 % Pb 0,75 % Ca 0,36 % Cd 0,31 % Fe 0,04 ppm Sb 5,08 % n Rong sụn có chứa hàm lượng tro rất đáng kể. Khi xử lý chế biến thành thực phẩm thì hàm lượng tro còn lại so lúc chưa xử lý là 6/10. Như vậy sau khi xử lý lượng khoáng bám ở lớp ngoài rong đã bị giảm đi khá nhiều. Như trong rong sụn sau xử lý vẫn chứa nhiều loại nguyên tố vi 10 lượng như: Mo, Fe, Cu, Mg, Zn, Ca, Na, K và các chất phi kim loại như I, S, P đây là các chất cần thiết cho cơ thể con người. Trong rong sụn hàm lượng tổng protein đạt khoảng 3% chất khô, có thể nói là cao hơn so với các loại rau quả khác. Protein của rong sụn có giá trị dinh dưỡng cao do có chứa 11 amino acid với hàm lượng khá cao bao gồm 5 amino acid không thay thế thể hiện ở bảng 1.2. Vì vậy, có thể nói nguyên liệu rong sụn là nguồn nguyên liệu thực phẩm giàu dinh dưỡng và không gây độc hại. Bảng 1.2. Hàm lượng amino acid của rong sụn Amino acid Amino acid Hàm lượng Hàm lượng (%) (%) Leucin 0,080 alanin 0,140 Methionin 0,070 Glutamine 0.280 Phenylalanine 0,230 Glycin 0,130 Valin 0,070 Prolin 0,230 tryptophan 0,082 Serin 0,110 Tyrosin 0,080 1.1.5. Ứng dụng của rong sụn Rong sụn được ứng dụng để sản xuất một số sản phẩm trong lĩnh vực thực phẩm. Rong sụn được sử dụng để chiết tách Carrageenan sử dụng 11 trong một số lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, trong một số ngành công nghiệp khác. Ngoài ra sử dụng rong sụn có khả năng giảm cholesterol trong máu. Cuộc sống ngày nay ai cũng sợ các sản phẩm giàu cholesterol, nguyên nhân gây nên bênh béo phì. Vậy nên các thực phẩm có hàm lượng calo thấp nhưng vẫn đảm bảo ngon miệng như rong biển đang rất được ưa chuộng các gia đình nên sử dụng các món canh rong biển trong thực đơn hàng ngày của mình. Các sản phẩm làm từ rong sụn: Các món thạch, Carrageenan, Trà rong biển, Mứt, Kẹo, Rong sụn dầm dấm, Siro từ rong sụn 1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN 1.2.1. Giới thiệu về carrageenan Carrgeenan là một loại polysaccharide của galactose tìm thấy trong các loài rong đỏ như là: Chondrus, Gigartina, Euchuma, Furcellaria, phyllophora,... từ những năm 1837. Stanford (1862) đã đặt tên loại polysaccharide được chiết bằng nước từ loại chondrus crispus là “carrageenin”. Việc tinh sạch chúng bằng phương pháp kết tủa cồn đã được thực hiện vào năm 1871. Tên gọi “carrageenan”được đề nghị và được Ủy Ban danh pháp thuật ngữ carbohydrate của hội hóa học Mỹ thông qua. Nhưng việc sản xuất carrageenan chỉ thực sự quan tâm trong nhưng năm thập niện 1930 khi một số công ty ở bờ biển phía tây nước Mỹ phát hiện ra carrageenan có độ nhớt cao và có khả năng tạo gel. Hiện nay, các nước sản xuất carrageenan chủ yếu là: Mỹ, Đan Mạch, Pháp, Nhật, Tây Ban Nha, Trung Quốc, Hàn Quốc, Brazil, Philippines, … 12 Carrageenan có tính chất giống như agar, ngày nay được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. Do khả năng ứng dụng của carrageenan trong lĩnh vực chế biến sữa và công nghệ sinh học tốt hơn agar nên việc sản xuất carrageenan tăng lên khá nhanh và gần đây đã vượt qua agar. Sản lượng carrageenan hàng năm trên thế giới khoảng 15.000 tấn. Trong đó, Trung Quốc chiếm khoảng 600 tấn. 1.2.2. Cấu tạo và phân loại carrageenan Carageenan là một polymer mạch thẳng, chứa khoảng 25.000 phân tử galactose, với liên kết luân phiên của β – D –galactose pyranose qua liên kết 1,3 và α – D –galactose pyranose qua liên kết 1,4. Hình 1.3. Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D – galactose pyranose và α – D –galactose pyranos Phân loại carrageenan Carrageenan có thành phần chính là các ester sulphate của galactose và 3,6 – Anhydro galactose. Carrageenan có nhiều cấu trúc khác nhau nhưng chúng chỉ khác nhau ở mức độ sulphate hóa và vị trí sulphate hóa, mức độ hydrat hóa. k-carrageenan: Là một polymer mạch ngắn xen kẽ giữa D – Galactose – 4 sunphate và 3,6 – Anhydro – D – Galactose. Cấu trúc phân 13 tử là vòng xoắn kép bậc 3. Tính chất quan trọng nhất của k – carrageenan là sức tạo gel cao và tương tác mạnh với protein sữa. Hình 1.4. Cấu tạo của k – carrageenan I – carrageenan: Cấu tạo giống với k – carrageenan nhưng gốc 3,6 – Anhydro – D – Galactose lại ở vị trí cacbon thứ 2 và lượng sulphate nhiều hơn. Cấu trúc phân tử xoắn kép bậc 2. Gel của I – carrageenan có tính đàn hồi Hình 1.5. Cấu tạo của I –carrageenan 14 λ – carrageenan: Là một loại carrageenan có mức sulphate cao. Trong phân tử các đơn vị monomeric được xen kẽ với nhau, các đơn vị D – galactose – 2 – sulphate (1,3) và D – galactose 2,6 – disulphate. λ – carrageenan có khối phân tử cao và mạch dài hơn k – carrageenan. λ – carrageenan không tạo gel. Hình 1.6. Cấu tạo của λ – carrageenan 1.2.3. Một số tính chất của carrageenan Tính chất hóa học của carrageenan trước là do các nhóm sulphate tạo nên, đây là ion anion mạnh, có thể so sánh với sulfuric aicd về độ phân ly. Các carrageenan chứa gốc acid tự do thường không bền và do vậy các carrageenan thương mại thường ở dạng muối của K+, Ca2+ hoặc là hỗn hợp của hai muối này.  Tương tác giữa carrageenan với protein Đây là một trong những tính chất quan trọng của carrageenan và cũng là đặc trưng cho tất cả các chất tạo gel cũng như các chất không tạo gel là xuất hiện phản ứng với protein. Phản ứng này xảy ra nhờ các cation có mặt trong các nhóm protein tích điện tác dụng với nhóm sulphate mang điện âm của carrageenan và có tính quyết định đến độ bền cơ học của gel.Carrageenan liên kết với Protein qua gốc amin mang điện tích dương khi pH nằm dưới điểm đẳng điện. Trên điểm đẳng điện của Protein, liên 15 kết giữa Protein và Carrageenan được hình thành thông qua cầu nối Ca2+ hoặc các cation thay thế. Trong môi trường axit yếu, Carrageenan chuyển thành axit Carrageenic (ROSO3H). Trong môi trường kiềm: Môi trường có tác dụng khá mạnh và làm thay đổi cấu tạo của Carrageenan. Dưới tác dụng của môi trường kiềm, nhóm –OSO3- bị khử dần, tùy thuộc vào mức độ khử mà tạo nên cấu trúc khác nhau và cho ra các loại Carrageenan khác nhau. Vì vậy trong công nghiệp sữa, nhờ vào tính chất liên kết với các protein trong sữa mà carrageenan được sử dụng (với nồng độ 0,015 – 0,025 %) làm tác nhân để ngăn chặn sự tách lỏng và làm ổn định các hạt coca trong sữa sôcôla. Trên điểm đẳng điện (PI) NH2 CO2- CO2- NH2 CO2Ca2+ NH2 CO2- Ca2+ NH2 Ca2+ CO2- NH2 Ca2+ Ca2+ SO4- SO4- SO4- SO4- SO4- A NH3+ CO2- NH3+ NH3+ CO2- NH3+ CO2- NH3+ SO4- SO4- SO416 CO2SO4- SO4- B Dưới điểm đẳng điện (PI) NH3+ CO2- NH3+ CO2-NH3+ CO2- NH3+ CO2- SO4- SO4- SO4- SO4- NH3+ CO2- SO4- C Hình 1.7. Mô hình phản ứng giữa Carrageenan và Protein  Quá trình tạo gel của carrageenan Carrageenan có một tính chất vô cùng quan trọng là tạo gel ở nồng độ thấp (nhỏ hơn 0,5 %). Ở dạng gel các mạch polysaccharide xoắn vòng như lò xo và cũng có thể xoắn với nhau tạo thành khung xương không gian ba chiều vững chất, bên trong có thể chứa nhiều phân tử nước (hay dung môi). Từ dạng dung dịch chuyển sang dạng gel là do tương tác giữa các phân tử polyme hòa tan với các phân tử dung môi ở bên trong, nhờ tương tác này mà gel tạo thành có độ bền cơ học cao. Phần xoắn vòng lò xo chính là những mầm tạo gel, chúng lôi kéo các phân tử dung môi vào vùng liên kết. Sự hình thành gel có thể gây ra bởi nhiệt độ thấp hoặc thêm các cation với một nồng độ nhất định. Quá trình hình thành gel diễn ra phức tạp, được thực hiện theo hai bước: 17 - Bước 1: khi hạ nhiệt độ đến một giới hạn nào đó trong phân tử carrageenan có sự chuyển cấu hình từ dạng cuộn ngẫu nhiên không có trật tự sang dạng xoắn có trật tự. Nhiệt độ của quá trình chuyển đổi này phụ thuộc vào dạng và cấu trúc các carrageenan, cũng như phụ thuộc vào dạng và nồng độ của muối thêm vào dung dịch carrageenan. Do đó, mỗi một dạng carrageenan có một điểm nhiệt độ tạo gel riêng. - Bước 2: gel của các polyme xoắn có thể thực hiện ở các cấp độ xoắn. Trong trường hợp đầu, sự phân nhánh và kết hợp lại sẽ xuất hiện cấp độ xoắn thông qua sự hình thành không đầy đủ của xoắn kép, theo hướng đó mỗi chuỗi tham gia vào xoắn kép với hơn một chuỗi khác. Trong trường hợp thứ hai, các phần đã phát triển đầy đủ của đa xoắn tụ hợp lại tạo thành gel. Còn dưới các điều kiện không tạo gel, ở các nồng độ polyme thấp sự hình thành và hợp lại của các xoắn sẽ dẫn đến tăng độ nhớt. Qua đó, có thể mô tả cơ chế tạo gel như sau: trước hết là xuất hiện sự chuyển đổi cấu hình từ dạng cuộn sang xoắn lò xo, tiếp sau là sự kết hợp các xoắn và tụ hợp lại có trật tự tạo thành xoắn kép – gel. Như vậy, gel là tập hợp các xoắn có trật tự hay còn gọi là xoắn kép. K+ Làm lạnh Đun nóng Bổ sung K+ 18 Hình 1.8. Quá trình tạo gel đông của Carrageenan  Tính tan của carrageenan Carrageenan tan trong nước nhưng độ tan của nó phụ thuộc vào dạng, nhiệt độ, pH, nồng độ của ion và các chất tan khác. Nhóm carrageenan có cầu nối 3,6 - anhydro không ưa nước, do đó các carrageenan này không tan trong nước. Nhóm carrageenan không có cầu nối thì dễ tan hơn. Thí dụ như λ-carrageenan không có cầu nối 3,6anhydro và có thêm 3 nhóm sulfat ưa nước nên nó tan trong nước ở điều kiện bất kỳ. Đối với κ – carrageenan thì có độ tan trung bình, muối natri của κ - carrageenan tan trong nước lạnh nhưng muối kali của κ – carrageenan chỉ tan trong nước nóng. Bảng 1.3. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau Môi trường K- carrageenan I– carrageenan Nước nóng Tan trên 70oC Tan trên 70oC Na+, tan trong + Na , hạn chế trong muối Ca2+, Tan Tan trong muối Tan trong muối Nước lạnh λ- carrageenan muối Ca2+, cho sự phân tán sol-gel NH4+, K+ Tan trong tất cả các muối thuận nghịch Sữa nóng Tan Tan Sữa lạnh Không tan Không tan Sữa lạnh Đông đặc hoặc Đông đặc hoặc tạo 19 Tan Làm phân tán độ đông dặc Tăng khả năng tạo
- Xem thêm -