Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Trường Đại học Nơng Lâm TP. Hồ Chí Minh
Khoa Cơng nghệ hóa học và thực phẩm

Đề tài:

DVHD: TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh
SVTH: Trần Đức Toàn - 16139205 DH16HD


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Mục Lục

Giới thiệu...............................................................................................................1
I. Tổng quan Alginate........................................................................................... 2
1) Lịch sử nghiên cứu và phát triển................................................................ 2
2) Cấu tạo - cấu trúc........................................................................................2
3) Công thức phối cảnh...................................................................................3
4) Phân loại..................................................................................................... 3
II. Tính chất........................................................................................................... 5
1) Tính chất chung:......................................................................................... 5
2) Độ nhớt....................................................................................................... 5
3) Sự hóa dẻo.................................................................................................. 6
4) Hợp phần từ Alginate................................................................................. 6
5) Tính chất của màng Alginate..................................................................... 7
6) Sự tạo gel và kỹ thuật tạo gel..................................................................... 7
III. Ứng dụng của Algrinate trong công nghệ thực phẩm.................................... 8
1) Chất tạo gel................................................................................................. 9
2) Chất làm dày, ổn định nhũ tương hóa........................................................ 9
3) Chất ổn định hoặc bao gói........................................................................10
4) Màng bao thực phẩm................................................................................ 11

5) Một số sản phẩm trên thị trường.............................................................. 12


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Danh mục hình ảnh
hình 1 : tảo.......................................................................................................1
hình 2 : cơng thức cấu tạo của 2 acid cấu tạo nên acid Alginic.....................2
hình 3 : cấu tạo acid Alginic........................................................................... 2
hình 4 : cơng thức phối cảnh...........................................................................3
hình 5 cấu trúc đặc biệt của Alginic.............................................................. 3
hình 6 : sodium alginate..................................................................................3
hình 7 : canxi alginate..................................................................................... 4
hình 8 : amoni alginate....................................................................................4
hình 9 : Alginat AmoniAlginat Propylen glycon........................................... 5
hình 10 : Sự kết hợp ion Ca2+ với Alginate...................................................8
hình 11 : Vị trí của Ca2+ trong Alginate Kỹ thuật tạo gel.............................8
hình 12 : Phương pháp đơn giản về việc cố định vi khuẩn H. volcanii trong
Canxi alginate....................................................................................... 10
hình 13 : Cơng nghệ tạo vi nang cũng có những ứng dụng khác trong ngành
thực phẩm, bao gồm bao gói những hợp chất nhạy cảm, dễ bay hơi
như chất tạo độ acid, chất béo và hương liệu.......................................11
hình 14 : yến hũ.............................................................................................12
hình 15 : kem lạnh.........................................................................................13
hình 16 : bia...................................................................................................13
hình 17 : mayonaise...................................................................................... 14
hình 18 : mỳ ăn liền...................................................................................... 14
hình 19 : chân châu 3Q................................................................................. 15

Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Giới thiệu
Rong biển có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống con người. từ thời xa
xưa con người đã biết sử dụng rong biển như một loại chất tạo kết đông dùng
trong mức hay rau câu, dùng làm thực phẩm ăn kiêng. Năm 1882, Walther
Hess đã sử dụng polysaccharide của rong biển như một chất cố định vi sinh vật,
Một môi trường nuôi cấy và phân lập vi sinh vật.
Ngày nay, con người sử dụng rong biển như một chất phụ gia ứng dụng
nhiều trong thực phẩm. họ sử dụng những polysaccharide của rong biển trong
những mục đích cố định, tao gel, nhũ hóa sản phẩm thực phẩm.

hình 1: tảo

1


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

I.

Tổng quan Alginate

1) Lịch sử nghiên cứu và phát triển
Năm 1881, Stanford là người đầu tiên phát hiện ra Alginic Acid, là một
acid hữu cơ có trong tảo nâu, trọng lượng phân tử từ 32000 – 200000.
Năm 1923, F.C Thernley đã tiến hành chiết rút Alginate thơ ở Orkney và
từ đó cơng nghệ sản xuất Alginate ra đời.
Năm 1975, Booth đã viết về lịch sử công nghiệp alginate dựa trên kết
quả của Stanford..

2) Cấu tạo - cấu trúc
Alginate là muối của acid Alginic. Cấu tạo hóa học của Alginate gồm 2
phân tử β-D-Mannuroic acid (M) và α- L-Guluronic acid (G) liên kết với nhau
bằng liên kết 1-4 glucozid. Có 3 loại liên kết có thể gặp trong 1 phân tử
Alginate: (M-M-M), (G-G-G), (M-M-G).

hình 2: cơng thức cấu tạo của 2 acid cấu tạo nên acid Alginic

Công thức cấu tạo của acid Alginic: (C6H6O6)n

hình 3: cấu tạo acid Alginic

2


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

3) Công thức phối cảnh

hình 4: cơng thức phối cảnh

Hai gốc phân tử β-D-Mannuroic acid (M) và α- L-Guluronic acid (G)
liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozid phân bố trong mạch Alginat theo
khối poly-GM (G-G-M-M) liên kết ngẫu nhiên trong chuỗi mạch.

hình 5 cấu trúc đặc biệt của Alginic

4) Phân loại
a) Sodium alginate

hình 6: sodium alginate

b) Kali Alginat (tương tự như Alginat Natri)

3


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

c)

Canxi Alginat
Công thức phân tử: <(C5H704COO)2Ca>n

hình 7: canxi alginate

d) Magie Alginat
Cơng thức phân tử:<(C5H704COO)2Ca>n
e) Amoni Alginate (E403)
Cơng thức phân tử: (C6H11NO6)n

hình 8: amoni alginate

4


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

f) Alginat AmoniAlginat Propylen glycon (E405)

hình 9: Alginat AmoniAlginat Propylen glycon

II. Tính chất
1) Tính chất chung:
Là polymer có tính chất acid yếu, không màu, không mùi, không tan
trong các dung môi hữu cơ và nước.
Là chất có tính chất hút nước trương nở khi ngâm trong nước.
Alginic hòa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối
kiềm hóa trị I hịa tan có độ nhớt cao.
Muối kiềm hóa trị II khơng tan.
2) Độ nhớt
Khi hịa tan các Alginat vào nước chúng sẽ ngậm nước và tạo dung dịch
nhớt. Độ nhớt phụ thuộc vào chiều dài của phân tử Alginat. Bột Alginat rất dễ
bị giảm nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, cách sắp xếp của
phân tử Alginat cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nó.
Trong một số trường hợp độ nhớt có thể gia tăng ở nồng độ thấp với sự
hiện diện của một số cơ chất như: CaSO4, CaCO3. Ion canxi liên kết với
Alginat tạo liên kết chéo trong phân tử gia tăng, sẽ làm gia tăng trọng lượng
phân tử và độ nhớt.

5


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Độ nhớt
Nồng
độ (%)

Thấp

Trung
bình

Cao

Rất
cao

0,25

9

15

21

27

0,50

17

41

75

110

0,75

33

93

245

355

1,00

58

230

540

800

1,50

160

810

1950

3550

2,00

375

2100

5200

8750

Độ nhớt của Alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 200C)
Qua những thơng số trên cho thấy sự thay đổi độ nhớt với những nồng
độ khác nhau. Ở một số trường hợp độ nhớt có thể tăng lên với nồng độ thấp
khi có sự hiện diện của một số muối như CaCO3, Cacium tartat, ion Cacium
liên kết với Alginate tạo cầu nối giữa các phân tử làm tăng trọng lượng phân tử
của độ nhớt dung dich.
3) Sự hóa dẻo
Sự hóa dẻo của màng có thể nâng cao bằng cách thêm vào các tác nhân
làm dẻo cách này gọi là sự hóa dẻo. Kết quả làm cho độ bền của màng càng
tăng lên, chính điều này giúp màng ít bị rách, đó là kết quả của quá trình co lại
của các phân tử bên trong giữa các chuổi polymer trong cấu trúc màng. Chất
dẻo phải phù hợp với polymer sử dụng làm màng và cũng phải cùng hoạt tính
tan với polymer. Các yếu tố khác là chất dẻo phải được giữ lại trong hỗn hợp
lâu, ổn định cao, không bao hơi và màu, và quan trọng là mùi của các chất này
không làm ảnh hưởng tiêu cực đến tính tính chất của màng (Guibert và Biquet,
1996).
4) Hợp phần từ Alginate
Alginate: có thể kết hợp với các thành phần khác để tạo thành màng hợp
phần, nhờ sự kết hợp này mà cải tiến được đặc tính của màng. Màng hợp phần
Alginate và tinh bột được đánh giá là có độ bền cơ học cao (Nhóm Allen, 1963,
Dahle, 1983).

6


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Lipid, sáp, các loại acid béo, các loại dầu, chất béo nó có thể được kết
hợp với Alginate trong màng hợp phần Alginate-Lipid. Dựa trên tính kỵ nước
sự kết hợp màng làm tăng cường rào cản sự bóc hơi nước.Tuy nhiên sử dụng
Lipid cịn có nhiều bất lợi do tạo ra mùi oi khét, mùi khó chấp nhận (Cruibeert
&Biguet, 1996) sẽ ảnh hưởng chất lượng sản phẩm được bao màng.
5) Tính chất của màng Alginate
Các Alginate cũng có khả năng tạo màng rất tốt. Các màng rất đàn hồi,
bền, chịu dầu và khơng dính bệt. Màng thuộc nhóm polysacharide có khả năng
ngăn cản oxy và Lipid thấm qua vì thế sẽ ức chế được hiện tượng oxy hóa chất
béo và các thành phần khác trong thực phẩm. Bên cạnh đó màng cịn có khả
năng làm giảm thất thốt ẩm vì lượng ẩm trong màng sẽ bóc hơi trước ẩm trong
thực phẩm, từ đó màng bao sẽ hơi khơ và co lại làm cho lượng ẩm bên trong
khơng thốt ra được (Allen, 1963) (trích dẫn bởi Trần Thanh Quang, 2008).
Màng Alginate được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực
phẩm nhằm tăng thời gian sử dụng và bảo quản chất lượng sản phẩm được lâu
hơn. Màng bao ăn được có thể được sử dụng dể làm giảm tác hại của do quá
trình chế biến gây ra. Màng bao vừa có tác dụng kéo dài thời gian sử dụng vừa
ngăn cản sự mất ẩm và sự di chuyển chất tan, phản ứng oxy hóa.
6) Sự tạo gel và kỹ thuật tạo gel
Một tính chất tiêu biểu của Alginate là khả năng tai gel, trong điều kiện
nhiệt độ cao ở trạng thái sôi và khi làm nguội thì sẽ trỡ thành dạng gel. Thơng
thường kết hợp với Ca2+ tạo gel như hình vẽ.

7

Alginate và ứng dụng trong cơng nghệ thực phẩm

hình 10: Sự kết hợp ion Ca2+ với Alginate

hình 11: Vị trí của Ca2+ trong Alginate Kỹ thuật tạo gel

Gel thành lập có thể kiểm sốt được thơng qua sự giải phóng ion Ca2+
hay dung dịch Alginate.Alginate hay hỗn hợp chứa nó được tạo gel bằng cách
nhúng hoặc phun dung dịch chứa ion Ca2+.CaCl2 là chất phổ biến thường
được sử dụng đi chung.
Các ion Ca2+ sẽ phản ứng với Alginate theo dạng “Box egg”. Trường
hợp với việc chế biến các sản phẩm có bề dày mỏng và kích thước nhỏ hoặc tạo
màng bao phía ngồi các sản phẩm.
Các Alginate phản ứng mạnh với ion Ca2+ hoặc Alguante có chứa nhiều α-1,4L-Guluronic acid (G).
III. Ứng dụng của Algrinate trong công nghệ thực phẩm

8


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

1) Chất tạo gel
Tái cấu trúc thực phẩm là một công đoạn phổ biến trong công nghiệp
thực phẩm, nhằm tận dụng hoặc khắc phục những thành phần có tính thẩm mỹ
khơng tốt. Cải thiện được ngoại quan của thực phẩm, các dạng tái cấu trúc cũng
đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng. Sản phẩm tái cấu trúc có thể được sản
xuất ở mọi hình dạng và kích thước, tăng độ đồng nhất hoặc thẩm mỹ trong sản
xuất thực phẩm.

Do độ nhớt của alginate rất đa dạng, chúng có thể tăng tính ổn định cho
thực phẩm ở cả nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp, và được ứng dụng như chất tạo
gel trong nhiều sản phẩm. Độ rắn chắc và tỷ lệ tạo gel của alginate có thể kiểm
sốt bằng nồng độ Ca2+ và H+ trong dung dịch và số lượng G block trong
chuỗi polyuronate. Vì khả năng tạo gel ở nhiệt độ thấp, alginate hữu dụng
trong việc tái cấu trúc những thành phần đã bị tổn hại hoặc oxi hóa dưới nhiệt
độ cao.
2) Chất làm dày, ổn định nhũ tương hóa
Alginate được dùng làm chất làm dày trong sản phẩm mứt, marmalades*
và nước sốt từ quả, do phản ứng giữa alginate và pectin là phản ứng thuận
nghịch phụ thuộc vào nhiệt độ (heat-reversible), cho độ nhớt cao hơn so với
việc sử dụng từng thành phần đơn lẻ. Sử dụng riêng alginate hoặc kết hợp với
những chất làm dày khác cũng cải thiện được mức độ chấp nhận của khách
hàng đối với những sản phẩm ít béo.

Khi ion Canxi được thêm vào dung dịch Natri alginate, ion Canxi lập
tức phản ứng với alginate để tạo gel. Q trình hình thành gel có thể được điều
khiển bởi ion Canxi. Do những tính chât đặc biệt này nên Natri alginate được

9


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

sử dụng như chất làm dày, chất tạo gel và chất ổn định rộng rãi trong nền cơng
nghiệp nói chung.
PGA (propylene glycol alginate) được dùng để duy trì ổn định cho lớp
bọt (foam), ứng dụng trong mousse và các món tráng miệng. PGA sử dụng
nhiều nhất trong ngành bia, để bổ sung vào các loại bia và lager khác nhau
nhằm ổnđịnh lớp bọt khi rót, và bảo vệ chúng khỏi những tác nhân phá vỡ cấu

trúc bọt.
PGA được kết luận là một chất nhũ tương hóa vượt trội hơn
methylcellulose, locust bean và guar gum, và tương đương với nhiều
polysaccharide thực vật phổ biến khác, so sánh trên cùng một khối lượng. Ưu
điểm này khiến chúng đặc biệt hữu dụng trong nhiều hệ nhũ tương đơn giản, ví
dụ mayonaise.
3) Chất ổn định hoặc bao gói
Trong cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghệ cố định hoặc bao gói bằng
alginate được ứng dụng với nhiều mục đích, bao gồm chế biến, tăng cường
chức năng hoặc tăng độ chấp nhận cho sản phẩm. Với vai trò là chất cố định,
alginate có thể tăng hiệu suất của quá trình bằng cách gia tăng thời gian sử
dụng hoặc cho phép tái sử dụng các tế bào hay enzyme bị bao bọc. Cơng nghệ
cố định và bao gói cho phép thu được nhiều sản phẩm từ quá trình trao đổi chất
của vi sinh vật gồm enzyme, amino acid, acid hữ cơ và cồn.

hình 12: Phương pháp đơn giản về việc cố định vi khuẩn H. volcanii trong Canxi alginate

10


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Alginate được dùng làm môi trường cố định tế bào hoặc phân lập
enzyme trong các công đoạn chế biến sử dụng enzyme, điều này sẽ cải thiện
khả năng chịu nhiệt và tổn thất enzyme hoặc tế bào. Tuy nhiên, độ nhớt của
alginate cũng có thể cản trở sự tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất hoặc khả năng
giải phóng sản phẩm cuối, ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất. Vì vậy, cần phải
xét tới khả năng này khi sử dụng môi trường cố định trong công nghiệp quy mô
lớn.
Trong các nghiên cứu sau này, alginate được dùng làm chất bao gói các

tế bào sống (probiotic) trong thực phẩm. Tuy được chứng minh có nhiều lợi ích
cho sức khỏe, probiotic phải đạt một mật độ nhất định khi tới được ruột già để
có thể có hiệu quả tốt nhất. Vì vậy, bao gói vi nang bằng gel alginate được xem
là một giải pháp kinh tế và đơn giản để khắc phục nhược điểm này. Alginate có
tỷ lệ G block cao phù hợp nhất cho chức năng này, nhờ khả năng chịu muối,
chất tạo phức, có tính ổn định và độ xốp cao

hình 13: Cơng nghệ tạo vi nang cũng có những ứng dụng khác trong ngành thực phẩm, bao
gồm bao gói những hợp chất nhạy cảm, dễ bay hơi như chất tạo độ acid, chất béo và hương
liệu.

4) Màng bao thực phẩm
Lớp phủ và màng bao ăn được là công nghệ đang phát triển và có nhiều
tiềm năng, nhờ những cố gắng để thay thế và hạn chế sử dụng bao bì khơng
thân thiện với mơi trường. Đối với vật liệu bao bì truyền thống, công nghệ mới
này cũng cải thiện độ ổn định, an toàn và thời hạn bảo quản cho sản phẩm.
Alginate là một trong nhiều polysaccharide và protein được sử dụng tạo lớp
phủ ăn được cho nhiều loại thực phẩm. Màng bao từ natri alginate được chứng
minh là có khả năng kéo dãn, tính linh động, chống co kéo và không thấm dầu.
11


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Bổ sung những tác nhân chống vi sinh vật vào màng alginate thể hiện
khả năng ngăn chặn xâm nhập vi sinh hiệu quả, khi được phun lên bề mặt rau,
thịt và sản phẩm từ cá. Khả năng tạo lớp phủ ở nhiệt độ thấp của gel alginate
cũng giảm thiểu hư hại đến chất chống vi sinh vật cũng như thực phẩm.
Alginate được ứng dụng để tạo lớp phủ lên nhiều loại rau và trái cây như
rau diếp, phần đã bị cắt của táo hay dưa, có khả năng tăng thời gian bảo quản,

hạn chế biến màu, duy trì độ giịn, cấu trúc và hạn chế thất thoát vitamin C.
5) Một số sản phẩm trên thị trường
Những đặc tính độc đáo này dẫn đến việc sodium alginate được sử dụng
làm chất làm đặc, chất tạo gel và chất ổn định trong nhiều ngành cơng nghiệp
thực phẩm, cơng nghiệp chế biến có khả năng tạo gel rất hiệu quả, đây là đặc
tính quan trọng có khả năng ứng dụng cao:
a. Yến hũ: Là chất tạo đặc trong sản xuất yến hũ.

hình 14: yến hũ

b. Trong kem: là chất ổn định, thay thế tinh bột và carrageenan. Sodium
alginate có thể ngăn cản, hạn chế sự tạo thành tinh thể đá trong suốt q
trình đơng, ức chế hoàn toàn sư tạo thành tinh thể của lactose, nhũ hóa các
cầu béo, tạo ra độ nhớt cao, tạo ra gel có khả năng giữ nước tốt làm cho
kem khơng bị tan chảy. Axit Alginic và muối của nó có thể dùng làm chất
ổn định trong kem ly, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời

12


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn. Cho vào sữa bò với nồng độ keo
Alginate Natri 0,1% ( 1,8% sẽ chống được hiện tượng các chất khơng hịa
tan kết tủa.

hình 15: kem lạnh

c. Trong sản xuất bia, rượu:Alginate là tác nhân chính tạo độ bền cho bọt
bia. Khi tinh chế rượu dùng Alginate Natri 1% để làm trong, nếu cịn gặp

khó khăn cho thêm than xương và Canxi vào.

hình 16: bia

13


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

d. Trong sản xuất mayonnaise, món tráng miệng,…: làm đặc và nhũ tương
hóa, có thể nâng cao tính ổn định của sản phẩm và làm giảm lượng nước
trong thực phẩm.

hình 17: mayonaise

e. Trong mì ăn liền: qua q trình hydrat hóa, natri alginate làm cải thiện độ
dai cho các sản phẩm mì ăn liền, miến, bún …làm cho chúng trở nên dai
hơn, đàn hồi và giảm vỡ vụn, tăng khối lượng của sản phẩm.

hình 18: mỳ ăn liền

14


Alginate và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

f.

Trong thạch: thạch trân châu, thạch 3Q, thạch nổ Popping…sử dụng
sodium alginate để tạo hình cầu.

hình 19: chân châu 3Q

15