Tài liệu Tìm hiểu về agar

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: HÓA HỌC THỰC PHẨM ****** ĐỀ TÀI: CẤU TRÚC – TÍNH CHẤT – CHỨC NĂNG – ỨNG DỤNG CỦA AGAR-AGAR Giảng viên hƣớng dẫn: Nguyễn Thị Thu Sang Thực hiện: (Nhóm 20) Lớp: 02DHTP2 (thứ ba – tiết 7, 8) TP Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2012 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang MỤC LỤC CHƢƠNG 1: ................................................................................................................................ 3 MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................... 3 CHƢƠNG 2: ................................................................................................................................ 4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI.................................................................................................................... 4 2.1. Nguồn gốc và lịch sử hình thành của Agar – agar ......................................................... 4 2.2. Cấu trúc của Agar – agar ................................................................................................. 5 2.2.1. Agarose ........................................................................................................................ 6 2.2.2. Agaropectin ................................................................................................................ 7 2.3. Tính chất của Agar ........................................................................................................... 8 2.3.1. Tính tan ....................................................................................................................... 8 2.3.2. Tính tạo gel ................................................................................................................. 8 2.3.3. Tính đông đặc ........................................................................................................... 11 2.3.4. Tính dẻo và trọng lƣợng phân tử............................................................................ 12 2.3.5. Tính tƣơng thích....................................................................................................... 12 2.4. Chức năng ........................................................................................................................ 12 2.4.1. Phục vụ nhƣ một điều ruột, điều chỉnh rối loạn tiêu hóa..................................... 12 2.4.2. Tăng cƣờng hệ thống miễn dịch của cơ thể ........................................................... 13 2.5. Phƣơng pháp kiểm tra.................................................................................................... 13 2.5.1. Kiểm tra định tính ................................................................................................... 13 2.5.2. Kiểm tra định lƣợng ................................................................................................ 14 2.6. Phƣơng pháp thu nhận ................................................................................................... 14 2.6.1. Sản xuất Agar– agar từ Gracilaria (Rau câu) ....................................................... 15 2.6.2. Sản xuất agar – agar từ Gelidium (Tảo thạch) (Trung Quốc) ............................ 17 2.6.3. Quy trình sản xuất Agar – agar chất lƣợng cao ở Việt Nam ............................... 19 2.7. Ứng dụng ......................................................................................................................... 19 2.7.1. Trong thực phẩm ..................................................................................................... 20 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang 2.7.1.1 . Agar sử dụng trong công nghệ sản xuất bánh kẹo và mứt trái cây .............. 20 2.7.1.2. Agar sử dụng trong công nghệ đồ hộp ............................................................ 23 2.7.1.3. Agar dùng trong quy trình chế biến xúc xích................................................. 23 2.7.1.4. Agar sử dụng trong kem, phomat, sữa chua .................................................. 24 2.7.1.5. Các sản phẩm khác từ Thạch – agar nhƣ Rau câu ........................................ 24 2.7.2. 2.8. Một số ứng dụng khác ............................................................................................. 26 2.7.2.1. Làm môi trƣờng trong công nghệ nuôi cấy mô .............................................. 26 2.7.2.2. Làm môi trƣờng nuôi cấy vi khuẩn và nhiều sinh vật khác.......................... 26 2.7.2.3. Sử dụng trong Y khoa ....................................................................................... 27 2.7.2.4. Nhuộm màu trong công nghệ dệt, giấy ........................................................... 28 2.7.2.5. Thành phần trong các loại mỹ phẩm .............................................................. 28 2.7.2.6. Xét nghiệm vận động ........................................................................................ 29 Các nghiên cứu liên quan ............................................................................................... 29 2.8.1. Nghiên cứu tối ƣu hóa các điều kiện sinh cellulase ngoại bào trên môi trƣờng liên quan công nghiệp ............................................................................................................ 29 2.8.2. Nghiên cứu chiết phân đạm và tinh chế Agar từ rong Gracilaria – heteroclada bẳng phƣơng pháp trao đổi ion ............................................................................................ 30 2.8.3. Nghiên cứu kỹ thuật vi ghép cây bƣởi ................................................................... 32 2.8.4. Thử nghiệm Catalase ............................................................................................... 32 2.8.5. Mối liên quan giữa tỷ lệ diệt H.Pylori và tình trạng kháng kháng sinh của các bệnh nhân viêm, loét da dày tá tràng do nhiễm H.Pylori tại bệnh viện nhi Trung ƣơng 33 2.8.6. Vẽ tranh bằng các chủng vi sinh vật mang nhiều màu sắc .................................. 35 2.8.7. Nghiên cứu và phát triển thuốc trừ sâu sinh học Bacillus thuringiensis tại Việt Nam ......................................................................................................................................... 36 CHƢƠNG 3: .............................................................................................................................. 38 KẾT LUẬN ................................................................................................................................ 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 39 2 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU Ngày nay, khoảng 75% lượng thực phẩm tiêu thụ hằng ngày của con người là loại thực phẩm đã qua chế biến và đóng gói sẵn – tức là thực phẩm công nghiệp. Từ đó chúng ta dễ dàng hình dung ra sự kì vĩ của ngành công nghiệp thực phẩm ngày nay. Hóa học thực phẩm chính là những kiến thức cơ sở, những kiến thức hết sức quan trọng cho các bạn sinh viên, các nhà nghiên cứu, các nhà sản suất hoạt động trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm do cung cấp những thông tin, kiến thức về cấu tạo, tính chất của các hợp phần trong thực phẩm cũng như sự tương tác giữa các hợp phần và quá trình biến đổi của chúng trong khi chế biến, bảo quản. Đó cũng chính là cơ sở đầu tiên để xây dựng các quy trình công nghệ chế biến nhiều loại nguyên liệu nông sản và sản xuất các mặt hàng thực phẩm. Một trong những chất được ứng dụng khá nhiều trong các công nghệ chế biến thực phẩm là Agar – agar. Agar – agar là một trong các chất phụ gia hàng đầu của ngành ẩm thực. Nó chủ yếu được dùng làm rau câu như là một chất kết đông trong các món mặn ngọt. Ngoài ra, còn được còn dùng để chế biến trong công nghệ sản xuất bánh kẹo đóng gói, công nghệ đồ hộp, trong kem, phomat, sữa chua. Đặc biệt còn được dùng làm môi trường nuôi cấy vi khuẩn và nhiều sinh vật. Để hiểu rõ hơn về nguồn gốc, cấu trúc, tính chất, chức năng và nhiều ứng dụng hơn nữa của Agar - agar trong ngành công nghệ thực phẩm cũng như trong các lĩnh vực khác và trong cuộc sống, nhóm chúng tôi đã chọn đề tài: “Tìm hiểu cấu trúc, tính chất, chức năng và ứng dụng của Agar – agar” làm nội dung chính cho bài tiểu luận này. Hy vọng bài tiểu luận của chúng tôi sẽ mang đến cho quý thầy cô cùng các bạn những thông tin thật bổ ích và cần thiết về loại phụ gia quan trọng này. Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn các thầy, cô khoa Công nghệ thực phẩm đã hư ng d n chúng em thực hiện tốt bài tiểu luận này. ài viết của nhóm còn nhiều thiếu sót mong thầy, cô và các bạn đóng góp ý kiến thêm để bài tiểu luận hoàn thiện hơn. in chân thành cảm ơn! 3 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang CHƢƠNG 2: NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1. Nguồn gốc và lịch sử hình thành của Agar – agar Agar là phycocolloid có nguồn gốc cổ xưa nhất (giữa thế kỷ 17). Tại Nhật Bản, agar được coi là đã được phát hiện bởi Minoya Tarozaemon năm 1658 và một tượng đài là Shimizumura kỷ niệm lần đầu tiên nó đã được sản xuất. an đầu, và ngay cả trong thời gian hiện tại, nó đã được thực hiện và được bán như là một chiết xuất trong dung dịch (nóng) hoặc dạng gel (lạnh), được sử dụng kịp thời tại các khu vực gần nhà máy, sản phẩm sau đó đã được biết đến như là tokoroten. Công nghiệp hóa của nó như là một sản phẩm khô và ổn định bắt đầu vào lúc bắt đầu của thế kỷ 18 và nó đã được gọi là kanten. Từ "thạch agar", tuy nhiên, có một nguồn gốc Mã Lai và thạch là thuật ngữ thường được chấp nhận nhiều nhất, mặc dù ở các nư c nói tiếng Pháp và ồ Đào Nha còn được gọi là gelosa. Ngoài ra, Agar còn gọi là Kanten (Nhật Bản), Dongfen (Trung Quốc). Agar là một Polisaccharid, có nhiều trong tế bào vây trụ của các loại rong đỏ (loại Rhodophyceae). Payen (1859) là người đầu tiên nghiên cứu loại Polisaccharid này. Trên thế gi i, người ta có thể chế Agar từ các loại tảo thuộc các chi khác nhau như: Gelidium, Gracilaria, Pterocladia, Ahnfeltia … Gelidium là nguồn ưu tiên cho agar. Hàm lượng Agar trung bình của rong đỏ trên thế gi i dao động từ 20 – 40%.Trong khi đó thì rong đỏ của Việt Nam chứa từ 24 – 45% khối lượng rong khô. Hình 2.1.1. Tảo đỏ Hình 2.1.2. Đầm lầy tảo đỏ 4 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang Ở nư c ta, “rau câu” là nguyên liệu để chế biến thạch – Agar. Qua cuộc điều tra ven biển các tỉnh phía ắc, chúng ta đã phát hiện 11 loài. Đáng chú ý là loài “rau câu” chỉ vàng Gracilaria verrucosa (Huds.) Papenf. Ở các tỉnh phía Nam đã phát hiện 6 loài “rau câu”, đáng chú ý là loài “rau câu” rễ tre – Gelidiella acerose (Forssk.) Feldm. Et Ham. 2.2. Cấu trúc của Agar – agar Từ 1940 đến 1950 việc nghiên cứu sản phẩm thay thế Galactose như Methylated, Sulfated và Pyruvated galactoses đã được minh chứng là cấu trúc phân tử của Agar. Cấu tạo cơ bản của Agar gồm các đơn vị D-galactose và L-galactose. Chúng liên kết v i nhau theo kiểu D galactose và L galactose, cứ khoảng 10 đơn vị Galactose thì có một nhóm sunfat ở đơn vị galactose cuối. Trong mạch Polisaccharid của agar có dạng liên kết ester ở cacbon thứ 6 của acid sunfurit (Jones, Peat 1942), (hình 2.2). Hình 2.2. Công thức cấu tạo của Agar -agar Araki (1956) đã cung cấp các chứng cứ chứng minh tính khác thể của agar. Cấu trúc chính xác của agar chưa biết rõ, song có thể biết nó chứa ít nhất hai cấu tử là agarose và agaropectin (là thành phần chính của agar) bằng cách sử dụng phương pháp acetylation. 5 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang 2.2.1. Agarose Agarose -thành phần chủ yếu của thạch tạo nên gel chính, là một polymer tuyến tính, có cấu tạo mạch thẳng, trung tính, từ các gốc L galactopiranose và 3 D galactopiranose luân phiên tạo nên bằng liên kết và liên kết hai gốc có sự sắp xếp xen kẽ. Độ bền các liên kết khác nhau. Liên kết enzim tạo thành neoagarobiose. Liên kết anhidro (hình 2.2). Cả 1,3 dễ phân hủy bằng dễ thủy phân v i xúc tác của acid và tạo thành gốc agar – agarobiose. Agar – agarobiose làm cho agar – agar trong môi trường nư c có khả năng tạo gel. Mạch agarose được ester hóa ở mức độ thấp v i acid sulfuric, cứ sau 9 đường galactose thì đường thứ 10 lại bị ester hóa. Cấu trúc của agarose không đồng nhất: vừa là tích điện vừa là trung hòa điện. Trong phân tử có chứa nhóm sunfat, metoxyl, cacboxyl. Hàm lượng sunfat trong agarose được coi là chỉ số độ sạch của agarose. Chỉ số này càng thấp thì chất lượng càng cao. Thường trong agarose có 0,04% sulfate. Tiến hành và kết luận: Araki et al và các nhà khoa học bằng cách thủy phân và thoái biến enzymic của agar - cô lập agarobiose và neoagarobiose, theo thứ tự tương ứng và tiết lộ rằng agarose là gồm D agarobiose lặp đi lặp lại, disaccharide xen v i galactopyranose và anthydro– L galactopyranose. Hình 2.2.1. Disaccharide lập lại đơn vị cấu trúc của agar 6 1,3– TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang 2.2.2. Agaropectin Agaropectin có khả năng tạo gel thấp trong nư c, cấu trúc của nó đến nay v n chưa xác định rõ. Chỉ biết rằng nó được tạo nên bởi sự sắp xếp xen kẽ giữa D – galactose –2 – sulfate và D – galactose –2,6 – disulfatevà chúng chứa tất cả các nhóm phân cực trong agar. Các agaropectin dường như hoàn toàn là agarose, nhưng có chứa lượng axit nhóm như sulfate, pyruvate và glucuronate nhóm. Trong agaropectin có chứa khoảng 6% sulfate. Tỷ lệ ester hóa cao hơn, ngoài ra còn có mặt acid pyruvic để tạo thành các gốc 4,6– (1– carboxyethylidence)–D–galactose. Nhận định: Các agarose là hầu như vô Polymer, trong khi agaropectin là một acidic polymer. Tỷ lệ của agarose và agaropectin trong các loại agar cũng rất khác biệt.Nếu có sự hiện diện của acid uronic thì v i tỷ lệ không vượt quá 1%. Một số nghiên cứu về cấu trúc Agar: Từ 1960 đến 1980, áp dụng các kỹ thuật m i trong việc nghiên cứu agar như Fractionation, trong trao đổi Chromatography, Enzymic thoái biến và đặc biệt là 13 C-NMR quang phổ cho phép xác định chính xác hơn việc nghiên cứu cơ bản cấu trúc hóa học và sắp xếp của các đơn vị lặp đi lặp lại trong các phân tử agar. Nghiên cứu gần đây của Yaphe et al (1971) trên DEAE-Sephadex chỉ ra rằng agar không chỉ có tính chất trung tính mà còn có những tính chất của Polysaccharide nhưng lại gồm một loạt những chuỗi phức tạp liên quan đến Polysaccharides từ một phạm vi mà hầu như vô phân tử xuất phát từ muối Sulfated hidratcacbon. Các Polysaccharide vô gelling có khả năng và tiếp cận cấu trúc của Agarose, mà v n còn chứa đựng một lượng nhỏ Sulfate (0,1 đến 0,5%) và Pyruvic acid (0,02%). 7 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Gần đây, 13 Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang C-NMR quang phổ đã được xác nhận là một công cụ mạnh để làm sáng tỏ các Disaccharide lặp đi lặp lại của các đơn vị khác nhau trong agarose hiện diện trong phân tử Agar khác. ên cạnh nhiệm vụ của chất hóa học, sự thay đổi về vị trí trong 13C-NMR quang phổ của nguyên tử khí carbon trong agaroses chứa trong agars cô lập từ nhiều loài Gracilaria, các cấu trúc và tính năng của rious hình thái xen qua lại Disaccharides có thể dễ dàng xác định. Hình 2.2.1 minh hoạ cấu trúc agarobiose và dấu agarobiose lặp đi lặp lại, đơn vị và các tiền thân của agarobiose cô lập từ nhiều loài Gracilaria, xác nhận của hóa chất và phương pháp kính quang phổ 13C-NMR. 2.3. Tính chất của Agar Agar – agar được chiết xuất từ tảo đỏ, 80% là chất xơ hòa tan, không màu, không mùi, rất ít năng lượng (chỉ có 3 calo/1g), có chỉ số đường rất thấp. Agar – agar là một chất không định hình, khi đun nóng bị hòa tan và ở dạng dung dịch nhầy, đặc lại thành khối khi nguội. Người ta đã tìm hơn 40 loài chứa nhiều Agar – agar: Gracilaria, Gracilariopsis, Euchema, Gelidium, Gediliella… 2.3.1. Tính tan Agar không tan trong nư c lạnh, tan một ít trong ethanol amine và tan tốt trong formamide. Agar hòa tan trong nư c sôi, hấp phụ rất nhiều nư c. Agar có khả năng hòa tan v i lượng nư c 30 – 50 lần khối lượng, lượng Agar trong nư c trên 10% sẽ tạo nên một hỗn hợp sệt. Agar nhận được nhờ kết tủa bằng cồn, ở trạng thái ẩm có thể tan trong nư c ở nhiệt độ 25°C, nhưng ở trạng thái sấy khô lại chỉ tan trong nư c nóng. Agar thông thường và agar tan nhanh có tỉ lệ agar/nư c khác nhau trong quá trình hòa tan. Điều này d n đến sự khác nhau về mức độ hòa tan của Agar trong nư c. 2.3.2. Tính tạo gel  Tạo gel rất bền, cấu trúc gel cứng, dòn, trong.  Khả năng tạo gel phụ thuộc vào nhiệt độ, ban đầu Agar ở pha liên tục và nư c ở pha phân tán. Khi đưa nhiệt độ lên cao l n hơn 90oC, Agar trở thành pha phân tán và nư c là 8 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang pha liên tục do lúc này hình thành dạng dung dịch bao gồm những tiểu phân mixen, ở giữa mixen là phân tử Agar. Khi hạ nhiệt độ xuống 35oC các hạt mixen được bao bọc xung quanh một l p nư c liên kết lại tạo thành gel d n đến sự phân bố lại diện tích trên bề mặt của những hạt mixen.  Khả năng hình thành gel thuận nghịch nhiệt là đặc điểm duy nhất làm cho Agar có một sự kết hợp cần thiết trong nhiều ứng dụng. Khi tạo gel, các cầu nối hydro làm tăng tính bền vững của cấu trúc mạch agar, chống lại sự phân ly của hỗn hợp dịch khi tăng nhiệt độ quá mạnh. ên cạnh đó, liên kết Beta 1 – 4 dễ thủy phân v i xúc tác của axit và tạo thành gốc Agar – agarobise. Agar – agarobise làm cho Agar – agar trong môi trường nư c có khả năng tạo gel.  Quá trình tạo gel xảy ra khi để nguộihay khi làm lạnh dung dịch agar. Đây là chất tạo gel tốt nhất, nó có thể hấp phụ rất nhiều nư c và tạo gel nhờ các liên kết hydro ở nồng độ rất thấp (khoảng 0,04%). Khả năng tạo gel và độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ Agar và phân tử lượng trung bình của nó.  Dung dịch Agar sẽ tạo gel ở nhiệt độ khoảng 40– 50°C và tan chảy ở nhiệt độ khoảng 80– 85°C. Dung dịch Agar 1,5% tạo gel ở 32 – 39°C, nhưng không chảy ở nhiệt độ thấp hơn 60 – 97°C. Sự khác biệt l n giữa nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ tạo gel còn được gọi là sự trễ nhiệt hysteresis. Đây là một tính chất riêng đặc trưng của Agar. Hình 2.3.2. Cơ chế hình thành Agar 9 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang  Kích thư c của lỗ gel sẽ khác nhau phụ thuộc vào nồng độ Agar. Nồng độ agar càng cao thì bán kính lỗ càng nhỏ. Lỗ gel càng l n thì hiệu quả rây lọc càng bé. Khi làm khô sẽ tạo ra một màng trong suốt, bền cơ học và có thể bảo quản lâu dài mà không bị hỏng.  Agar có chứa một số gốc tích điện âm (gốc sulfate và gốc cacboxyl) nên gel agar cũng có một số tính chất trao đổi ion. Song khả năng này rất thấp vì nồng độ Agar sử dụng thường chỉ vào khoảng 1%. Vì thế trong điện di người ta dùng agarose làm chất mang tốt hơn Agar vì agarose chứa rất ít gốc sulfate. Có thể khử các nhóm sulfate khỏi agarose (thậm chí v i cả agar) bằng cách xử lý v i NaBH4 trong môi trường kiềm nhẹ (khi đó gốc sulfate bị thủy phân), sau đó rửa bằng nư c cất.  Gel Agar có tính thuận nghịch và đàn hồi. Gel của Agar không màu, không vị, không ảnh hưởng đến vị tự nhiên của sản phẩm. Gel Agar có thể chịu được nhiệt độ cao 1000C, pH từ 5 – 8, khả năng giữ nư c cao.  Nói chung, những thế mạnh của gel Agar là điều được chứa đựng trong agarose, sự có mặt của ion sulfate sẽ làm gel bị mờ đục, còn agaropectin có khả năng tạo gel thấp trong nư c.  Cơ chế chuyển thể của alkali trong Agar: Vào năm 1961 Rees thừa nhận rằng Alkali (chất kiềm) có thể loại bỏ chổ xoắn (sulfation tại C-6 của 1,4-liên kết-L-galactose còn lại) hiện có trong phân tử agar, và 3,6-anhydro vòng được hình thành. Sau đó, tăng 3,6 – AG và giảm sulfate sẽ cho ra dạng agar có tính gel mạnh. Điều này cũng thay đổi theo từ C1 đến 1C cũng diễn ra trong cùng một cách thức trong vivo của một enzyme, 'dekinkase' v i sự trưởng thành của các khúc tản. Hình 2.3.3.Chuyển đổi các tiền thân của Agarose vào Agarose 10 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang  Gel mạnh: Các thế mạnh của một gel agar được xác định cho mình 1% gel bằng cách sử dụng một thử nghiệm gel.Thông thường 1% Gelidium (Tảo thạch) Agar gel cho một sức mạnh khác nhau, từ 300 – 500g/cm2. V i agar của Gracilaria (Rau câu), các gel sức mạnh trong khoảng từ 50 đến 300g/cm2 và nó có thể đạt 500g /cm2 hoặc nhiều hơn sau khi xử lí v i Alkali. Agar từ các loại tảo khác nhau thì tính chất gel chịu ảnh hưởng bởi những nhiệt độ khác nhau. Ví dụ: Agar từ Gelidium spp (Tảo thạch) đông đặc khoảng từ 28 đến 31°C và nhiệt độ tan từ 80°C đến 90°C, Agar từ Gracilaria spp (Rau câu) đông đặc ở nhiệt độ khoảng từ 29 – 42°C và và tan ở nhiệt độ từ 76 – 92°C.  Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel:  Nhiệt độ pH: - Agar ít bị tác động nhiều trong môi trường trung tính. - Trong môi trường axit bị tác động mạnh khi nhiệt độ biến đổi. - pH tối ưu cho quá trình tạo gel: 8 – 9.  Các thành phần khác: - Khả năng tạo gel giảm khi có mặt tinh bột, tăng khi có sự tồn tại của đường. - Tỉ lệ, nồng độ các thành phần phối trộn v i Agar, chẳng hạn như: nếu dùng Agar 1%, gelatin 4% thì nhiệt độ chảy của gel là 90°C, nếu nồng độ gelatin là 8% thì hệ gel giảm nhiệt độ chảy là 40°C. 2.3.3. Tính đông đặc Agar có tính chất gels sau khi làm mát ở nhiệt độ khoảng 30 – 40°C và dạng sols khi đun nóng đến 90 – 95°C. Trong Agar sự hiện diện của các sulfate C6 tại các liên kết 1,4 – L – galactose còn lại chẳng hạn như trong tiền thân của Agarose, trên thực tế như là một 'Kink' để ngăn ngừa việc 11 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang hình thành từ hai helix. Kết thúc của vành đai để tạo thành 3,6 – anhydrode, và loại bỏ C6 sulfate nhóm làm cho các chuỗi thẳng và d n đến những trạng thái đều đặn trong Polymer, d n đến tăng cường sức mạnh gel do tăng khả năng hình thành một đôi helix (Rees, 1969). 2.3.4. Tính dẻo và trọng lƣợng phân tử Các tính dẻo Agar trạng thái hòa tan không đổi ở một nhiệt độ và tập trung là một chức năng trực tiếp của trọng lượng phân tử. Tính dẻo hiếm khi vượt quá 10 – 15 cp tại 1% tập trung ở 60 – 90°C.Trung bình Molecular Agar trọng lượng khoảng từ 8000 đến l n hơn 100000. 2.3.5. Tính tƣơng thích Agar thường là tương thích v i hầu hết các Polysaccharides khác và v i Protein trong gần như là vô điều kiện mà không có kết tủa hay d n đến sự thoái biến. 2.4. Chức năng 2.4.1. Phục vụ nhƣ một điều ruột, điều chỉnh rối loạn tiêu hóa Nó giúp cơ thể điều hòa lượng cholesterol và lượng đường huyết trong máu. Agar – agar kích thích nhu động ruột và có tính nhuận trường, nên nó hỗ trợ tiêu hóa và điều chỉnh việc rối loạn tiêu hóa. Khi Agar được ăn vào, nó sẽ trương nở ra do nó hấp thụ thêm các chất lỏng trong dạ dày, tạo thành cảm giác no lâu, làm giảm b t các cơn thèm ăn. Vì là chất xơ không tiêu hóa được, nên Agar – agar không được hấp thụ trong dạ dày và ruột, cơ thể sẽ đào thải nó ra ngoài, do đó một số chất đường, chất béo, các độc tố được agar hấp thu thêm trong dạ dày cũng được đưa ra khỏi cơ thể. Điều này cho phép kiểm soát tốt hơn số lượng calo dư thừa trong cơ thể một cách dễ dàng, nên rất hữu ích cho người giảm cân. Theo các chuyên gia FAO sự đồng hóa Agar trong cơ thể người không phải dễ dàng, Agar được tiêu hóa trong cơ thể người không hoàn toàn, lượng calori cung cấp có thể rất nhỏ vì vậy Agar được dùng làm các món ăn kiêng đặc biệt.  Phương thức giảm cân: 12 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang Pha loãng 1 gói agar nhỏ (10g) trong 1 cốc nư c nóng (như trà, trà thảo dược, cafe, nư c canh, xúp…) (1 cốc nư c = 200 – 250ml). Uống lúc còn âm ấm, agar-agar chưa bị đông đặc. Uống trư c bữa ăn từ 15 – 30 phút để Agar – agar có thời gian trương nở ra thêm trong bao tử. Nó giúp cơ thể điều hòa lượng cholesterol và lượng đường huyết trong máu. Agar – agar kích thích nhu động ruột và có tính nhuận trường, nên nó hỗ trợ tiêu hóa và điều chỉnh việc rối loạn tiêu hóa. 2.4.2. Tăng cƣờng hệ thống miễn dịch của cơ thể Agar – agar là một chất kháng khuẩn, giúp cơ thể tăng cường hệ thống miễn dịch. Giống như nhiều loại tảo biển khác, agar-agar cung cấp vi chất dinh dưỡng, canxi, phốt pho, sắt. Các chiết xuất từ rong biển có tính chất giải độc, để loại bỏ độc tố, nó thu hút một số kim loại nặng trong cơ thể, để rồi được đào thải ra ngoài theo Agar – agar. 2.5. Phƣơng pháp kiểm tra 2.5.1. Kiểm tra định tính  Tạo gel với nƣớc Pha dung dịch m u thử 1% trong nư c sôi, cho vào bình, đặt bình trong bể cách thủy 30oC trong 15 phút. Tạo thành gel rắn và bền. Đặt bình trong bể cách thủy 70oC trong 1 giờ. Gel không bị chảy. Khi gia nhiệt đến > 95oC, gel bị chảy tạo thành dung dịch trong.  Tạo kết tủa với dung dịch amoni sulfat Dung dịch m u thử 0,5% (ủ ấm khoảng 40oC) tạo kết tủa khi thêm dung dịch amoni sulfat (ủ ấm khoảng 40oC) v i thể tích bằng 1/2 thể tích dung dịch m u thử. Phép thử này phân biệt thạch v i các alginat, gôm arabic, gôm ghatti, gôm karaya, pectin và tragacanth.  Tạo kết tủa với dung dịch chì acetat 13 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang Dung dịch m u thử 0,5% (ấm) tạo kết tủa khi thêm dung dịch chì acetat (ấm) v i thể tích bằng 1/5 thể tích dung dịch m u thử. Phép thử này phân biệt thạch v i methyl cellulose. Agar có nhiều đặc tính vật lý của chất Galetin động vật nhưng đặt tính hóa học hoàn toàn khác nhau, ưu việt hơn Galetin và bền vững ở nhiệt độ cao. Scott, Ericson 1955 và Tsuruga, Takeochi 1960 cho thấy một số loài rong đỏ tích lũy các nguyên tố phóng xạ như: Co60 Ru106, Rh106 chúng có tác dụng tích cực trong việc làm sạch nư c biển và dùng làm chỉ thị cho sự ô nhiễm chất phóng xạ của nư c. 2.5.2. Kiểm tra định lƣợng  Ngƣỡng nồng độ gel Pha một loạt dung dịch m u thử chứa hàm lượng m u thử rắn 0,15%; 0,20%; 0,25%..., cho vào các ống nghiệm kích thư c dài 150 mm, đường kính trong 16 mm. Nút ống nghiệm và làm mát trong 1 giờ tại 20 – 25oC. Đổ cột gel từ các ống nghiệm lên trên 1 bề mặt phẳng. Nồng độ thấp nhất chịu được trọng lực trong 5 – 30 giây mà không bị gãy vỡ là ngưỡng nồng độ gel của m u thử. Agar không chứa quá 1% chất hữu cơ lạ, 0,5% tro không tan trong acid và 20% độ ẩm. Bộ luật vệ sinh thực phẩm (Codex alimen tarius) của FAO/WHO cho phép dùng Agar trong thực phẩm. Trong thực phẩm người ta coi Agar như một phụ gia, chỉ cần hàm lượng 1% là tối đa vì tại nồng độ đó đã tạo cho thực phẩm có sức đông khá cao. Để dùng làm chất khống chế độ nh t hoặc làm ổn định thực phẩm thì chỉ cần tỷ lệ 1/100. 2.6. Phƣơng pháp thu nhận Trư c năm 1930, Agar được chiết rút và sản xuất trên quy mô công nghiệp. Giống Agar được chiết rút từ loại Rong kì lân (Eucheuma, Kappaphycus) và Rau câu (Gracilaria) . Hàm lượng agar biến đổi theo tuổi, vào tháng 4 khi rong trưởng thành thì cường độ quang hợp cực đại d n đến hàm lượng Agar trong rong tăng cao, ngược lại vào tháng 5 khi rong già quang hợp giảm d n đến hàm lượng Agar trong rong thấp. Ở những nư c khác nhau có thể khai thác Agar từ những nguồn rong đỏ khác nhau. Ở Nhật và Mỹ lấy từ những loài của giống Galdium có hàm lượng agar khoảng 25 – 30%. Ở Nga 14 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang giống Phyllophora và Ahnfeltia hàm lượng agar khoản 25%. Ở Nam Phi là giống Suhria (Baraskov 1963). Các nhà máy sản xuất đều có qui trình sản xuất mang sắc thái đặc trưng. Nhưng chiều hư ng chính của công nghệsản xuất Agar và chất tạo đông là dùng mọi biên pháp kỹ thuật, hóa học, lý học,nhiệt học,…khác nhau để nâng cao năng suất dây chuyền và chất lượng sản phẩm. Trong đó việc nâng cao chất lượng, tăng độ tinh khiết của Agar là mục tiêu hàng đầu của các nhà công nghệ Agar. Hiện nay chưa thấy có một thống kê rõ rệt về sản xuất agar trên thế gi i nhưng phỏng chừng cũng khoảng 8.000 tấn mỗi năm, trong số ấy Nhật Bản chiếm gần 40%. Về mặt tiêu thụ thì người ta chỉ biết mỗi năm gia tăng 4 – 5%, Hoa Kỳ đứng hàng đầu v i trên 500 tấn mỗi năm, trị giá khoảng 10 triệu đôla. ên Châu Âu thì tổng số dùng chỉ nằm trong vòng 1.000 tấn mỗi năm. 2.6.1. Sản xuất Agar– agar từ Gracilaria (Rau câu) Sơ đồ: Gracilaria spp. Tẩy trắng Xử lý kiềm hóa  Rửa  Chiết  Lọc  Làm đông Đông cứng  Đánh tan Sấy khô Ép thủy lực  Sấy  Nghiền  Bột rau câu  Tẩy trắng: Những tảo được đưa vào giỏ có chứa kim loại và treo lơ lững trong một bồn chứa nư c, trong đó Sodium hypochlorite, giải pháp đã được bổ sung v i sự có mặt của Chlorine ca. 0,05% trong 15 phútở pH 5 – 6. Sau đó, khoảng 2% (trọng lượng của tảo khô) của Thiosulfate natri sẽ được thêm vào làm giảm giảm b t tính hóa học của Hypochlorite. Các tảo được đem lên và sau đó rửa sạch bằng nư c.  Rửa: Được rửa kỹ bằng nư c sạch để loại bỏ kiềm tính. Một số lượng phù hợp v i axit có thể được thêm vào để thúc đẩy quá trình trung hòa.  Lọc: Các nóng rượu được gửi đến bộ lọc có 20 lư i nylon và vải lọc để sử dụng tốt v i các bộ lọc chân không bấm hoặc bộ lọc.  Làm đông: Các phần nư c lọc ra làm nguội trong hộp ở nhiệt độ phòng và cắt thạch thành dạng que v i cùng một cách thức như là thạch Agar. 15 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang  Đông cứng: các thạch dạng que được đặt trong phòng đông ở -15°C đến -18°C trong 24 giờ.  Đánh tan và sấy khô: Các thạch đông lạnh được đánh tan rữa v i nư c sạch và khử nư c v i li tâm và sấy khô cho t i cạn.  Ép thủy lực: việc cắt nhỏ dạng gậy hay dạng phim được đóng gói vào túi nilon và đem ép thủy lực khoản 10 – 12 giờ, sự khử nư c là cần thiết tại một áp lực khác nhau từ 0,1 đến 6 – 10 kg/cm2.  Sấy và nghiền: được đưa đến các phòng làm khô ở 70°C và sau đó tạo thành bột Agar (80 – 100 lư i).  Rong biển dùng để chế Rau câu (Agar – agar). Sau khi rửa nư c nhiều lần và ngâm vôi, người ta cắt miếng nhỏ rồi đun trong nư c nóng. Một lát sau chất nhày tan vào nư c, nư c này ngày càng đặc quánh. V t bỏ bã, lọc rồi tạo màng hay sợi: đó là rau câu hay Agar – agar. Qua kết quả nghiên cứu của Nhật cho thấy việc sản xuất Gracilaria của các m u thu thập được từ các quốc gia khác nhau và các khu vực. Sản xuất Gracilaria v i phương pháp kiềm hóa phụ thuộc váo chất lượng tảo thu thập được. Tùy theo loại tảo thu thập ở đâu mà có lượng NAOH, nhiệt độ và thời gian điều chế khác nhau. Sau đây là số liệu cụ thể ở một số quốc gia. 16 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang Bảng 2.6.1. Điều chế tảo Gracilaria Địa điểm thu mẩu tảo NaOH tập trung đƣợc Nhiệt độ điều sử dụng (%) chế (°C) Thời gian điều chế (hr) 6.0 50–60 1.0 6.0–7.0 88–90 2.0 Mehico 6.0 90 0.5–1.0 Africa (Châu Phi) 6.0 70 1.0–1.5 India (Ấn Độ) 20.0 70 1.0 Taiwan (Đài Loan) 10.0 85–90 1.0 4.0–5.0 60 1.0 Argentina Chile Portugal Nha) (Bồ Đào 2.6.2. Sản xuất agar – agar từ Gelidium (Tảo thạch) (Trung Quốc) Sơ đồ: Gelidium spp. → Tẩy trắng → Chà rửa → Nấu lọc → Để đông → Cắt sợi → Làm lạnh → Tan đá → Sấy khô → Thành phẩm  Tẩy trắng: nguyên liệu bằng phương pháp tự nhiên - rong Gelidium có hàm lượng xellulose cao, còn hàm lượng tro thấp hơn rong Gracilaria verrucosa. Sắc tố đỏ trong Gelidium không bền vững dễ mất màu bởi tác dụng của ánh nắng tự nhiên. Do đó thường tẩy màu bằng cách phơi nắng tự nhiên khi thu hoạch. Phơi nguyên liệu trên sân phơi hay bãi cát, chiều dày của l p nguyên liệu không quá 2cm. Khi phơi tư i nư c lên l p rong 2 – 3 lần trong 1 ngày. Thời gian tẩy màu 5 – 6 ngày,rong thô chế có màu ngà vàng. 17 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang  Chà rửa: chà rửa rong trong nư c ngọt 2 – 3 lần, thiết bị rửa theo kiểu con lăn chuyển động trong bể nư c, trọng lượng rong khi ngâm rửa giảm đi khoảng 48%.  Nấu lọc: có thể nấu trong thiết bị thủ công đơn giản, song nên dùng nồi áp suất. Nếu nấu ở điều kiện bình thường thì chế độ nấu như sau: Tỉ lệ nư c so v i rong: 33 lần (lần 1) và 10 lần (lần 2). Lượng axit sunfuric công nghiệp dùng cho 100 kg nguyên liệu để tẩy màu là 180ml, chưa tẩy màu là 240ml, lượng sodium dithionit (Na2SO4) tẩy màu cho anger khi nấu so v i rong đã tẩy màu là 2,5% và chưa tẩy màu 6,25%. Thời gian nấu 1 – 1,3 giờ (lần thứ 1) và 0,3 giờ (lần thứ 2) thời gian lắng: 2 giờ. Nếu nấu chiết trong nồi áp lực thì hiệu quả cao hơn nhiều , thời gian triết li ngắn hơn,dung dịch agar sau khi nấu dễ lọc hơn, tỷ lệ agar thu hồi cao hơn. Lọc dịch agar: dùng dịch agar lọc lúc rong ở 700C qua hai bư c lọc sơ bộ bằngtúi lọc, lọc tinh bằng máy ly tâm lắng đọng nhằm loại bỏ hoàn toàn các tạp chất huyền phù rất bé nhỏ, để dung dịch trong hoàn toàn.  Để đông: bằng phương pháp đông tự nhiên thời gian đông 3 – 4 giờ.  Cắt sợi: dùng ống kích sợi có kích thư c 38cm x 7,5cm x 7,5cm.  Làm lạnh đông: theo hai phương pháp:  Phương pháp lạnh tự nhiên: nhiệt độ thích hợp vào mùa đông là –20C đến 100C, thời gian làm lạnh, thoát nư c cho Agar nhanh nhất là 2 – 3 ngày, dài nhất 7 – 8 ngày.  Phương pháp làm lạnh nhân tạo: theo hai kiểu làm lạnh trong kho yêu cầu nhiệt độ khi làm lạnh là –10 đến –280C, thời gian làm lạnh 48 – 60 giờ. Trường hợp làm lạnh trong thùng đá, thời gian làm lạnh là 36 giờ.  Tan đá: được thược hiện trong bể nư c luân lưu, nhiệt độ thích hợp của nư c tan đá là 50C, nếu nhiệt độ nư c cao, thời gian tan đá dài sẽcó hiện tượng agar hút ẩm. Agar ư t được làm ráo bằng máy ly tâm hay máy ép.  Sấy: nhiệt độ khi sấy 55 – 600C, hàm lượng nư c trong agar sau sấy là 18 – 22%.  Đóng gói: thành phẩm agar đóng gói trong bao bì bằng hộp cation có lót giấy chống ẩm. 18 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Sang 2.6.3. Quy trình sản xuất Agar – agar chất lƣợng cao ở Việt Nam  Mô tả quy trình CN/TB: Rong câu gracilaria verrucosa tươi thu hoạch lên được xử lý loại bỏ tạp chất và đình chỉ hoạt động của hệ enzym và vi sinh vật, tẩy gốc SO3 bằng chế độ xử lý kiềm ôn hòa, rửa bằng chất hoạt động bề mặt, sau khi tẩy màu được ngâm trong muối acetat, nấu chiết trong hỗn hợp Polyphosphat, EDTA và chất khống chế độ pH. Dịch chiết được tẩy màu bằng SO2, xử lý hấp phụ và trợ lọc bằng harborlite. Rong câu → Xử lý hóa chất → Rửa → Xử lý kiềm → Tẩy bằng chất hoạt động bề mặt → Tẩy màu → Ngâm muối acetat → Nấu chiết → Xử lý trợ lọc → Dịch lọc → Định hình → Loại nƣớc → Làm khô → Nghiền bột → Bao gói.  Tiêu chuẩn đạt đƣợc: Tiêu chuẩn nư c ngoài.  Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khác: Sản phẩm Agar sản xuất ra đạt chỉ tiêu vật lý, hóa học, vi sinh của agar dùng trong thực phẩm theo tiêu chuẩn của FAO (sức đông 700 g/cm2 ở 1,5%/20oC).  Ƣu điểm: Chi phí chuyển giao công nghệ rẻ; có thể áp dụng tổng hợp hoặc chọn lọc từng công đoạn cho hầu hết các cơ sở sản xuất agar trong nư c; vốn đầu tư chế tạo thêm thiết bị rất ít. 2.7. Ứng dụng  Ưu điểm khi sử dụng Agar:  Khả năng tạo gel cứng tại nồng độ rất thấp.  Không cần bất kỳ chất hỗ trợ nào, không ảnh hưởng vị của sản phẩm.  Có sự khác biệt giữa nhiệt độ nóng chảy và tạo gel: 40 oC đông đặc, 80oC nóng chảy làm cho agar rất dễ sử dụng.  Có khả năng cạnh tranh v i các chất tạo đông khác, không những về đặc tính kỹ thuật mà còn có lợi về kinh tế.  Không cần đường và pH trong quá trình tạo đông. 19