GELLAN GUM và ỨNG DỤNG TRONG LĨNH vực CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

------

BÁO CÁO CUỐI KÌ HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ
CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

ĐỀ TÀI: GELLAN GUM VÀ ỨNG DỤNG
TRONG LĨNH VỰC CƠNG NGHIỆP THỰC
PHẨM
Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC
GVHD: TS. PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH
SVTH: TRẦN THỊ THỦY TIÊN
MSSV: 18139195
Lớp: DH18HT

TP. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 01 năm 2022


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

MỤC LỤC

MỤC LỤC .......................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT....................................................................................vi
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GELLAN GUM (E418) .........................................1
1.1. Gum là gì? .............................................................................................................1
1.2. Lịch sử hình thành của Gellan Gum .....................................................................1
1.3. Định nghĩa gellan gum ..........................................................................................2
1.4. Cấu trúc của gellan gum ........................................................................................3
1.5. Phân loại ................................................................................................................5
1.5.1. High acyl gellan gum (native gellan).............................................................. 5
1.5.2. Low acyl gellan gum (deacylated gellan) .......................................................5
1.6. Thành phần dinh dưỡng có trong gellan gum .......................................................6
1.7. Nghiên cứu về độc tính của gellan gum ................................................................ 6
1.8. Nguồn sản xuất gellan gum ...................................................................................7
1.9. Cơ chế tổng hợp gellan gum .................................................................................8

CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH CỦA GELLAN GUM .....................................................10
2.1. Đặc tính hóa lý ....................................................................................................10
2.2. Đặc tính gel .........................................................................................................11
Trần Thị Thủy Tiên 18139195

i


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

2.2.1. Cơ chế tạo gel ............................................................................................... 11
2.2.2. Một vài yếu tố ảnh hưởng đến độ bền gel ....................................................12
2.3. Tính hydrat hóa ...................................................................................................12
2.4. Độ hịa tan ...........................................................................................................13
2.5. Tính cơ học của gellan gum ................................................................................14
2.6. Điểm tan chảy và đơng đặc .................................................................................15
2.7. Tính ổn định ........................................................................................................17

2.8. Tác động của sự có mặt của những hydrocolloid khác lên đặc tính cấu trúc của
gellan gum ..................................................................................................................17
2.8.1. Sodium alginate (NaC6H7O6)........................................................................17
2.8.2. Gelatin ...........................................................................................................17
2.8.3. Carrageenan và xanthan ................................................................................18

CHƯƠNG 3: SẢN PHẨM VÀ ỨNG DỤNG CỦA GELLAN GUM TRONG
LĨNH VỰC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM ........................................................... 19
3.1. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm của gellan gum ....................................................19
3.2. Ứng dụng của gellan gum trong công nghiệp thực phẩm ...................................20
3.2.1. Trong sản xuất mứt .......................................................................................20
3.2.2. Trong công nghệ sản xuất bánh kẹo ............................................................. 21
3.2.3. Trong các món tráng miệng ..........................................................................21
3.2.4. Thích hợp cho công thức thuần chay/chay ...................................................21
3.2.5. Trong các sản phẩm thịt và rau quả .............................................................. 21
3.2.6. Chất tạo gel trong thực phẩm........................................................................22
3.3. Ứng dụng của gellan gum trong một số lĩnh vực khác .......................................22
3.3.1. Nuôi cấy vi sinh vật ......................................................................................22
Trần Thị Thủy Tiên 18139195

ii


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

3.3.2. Điện di gel trong nghiên cứu sinh học .......................................................... 23

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ........................................................................................... 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 25

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

iii


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

DANH MỤC HÌNH
HÌNH 1.1 : GELLAN GUM ............................................................................................ 3
HÌNH 1.2 : ĐƠN VỊ LẶP LẠI TETRASACCHARIDE CỦA GELLAN GUM
(NUTRASWEET KELCO CO., A UNIT OF MONSANTO CO., SAN DIEGO,
CA.)........................................................................................................................... 4
HÌNH 1.3 : CÔNG THỨC CẤU TẠO CỦA HIGH ACYL GELLAN GUM ................ 5
HÌNH 1.4 : CƠNG THỨC CẤU TẠO CỦA LOW ACYL GELLAN GUM ................. 6
HÌNH 1.5 : CƠ CHẾ TỔNG HỢP GELLAN GUM ....................................................... 8
HÌNH 2.1 : ĐIỂM NĨNG CHẢY VÀ ĐƠNG ĐẶC CỦA GEL KELCOGEL
GELLAN GUM CHỨA CA2+ ................................................................................ 16
HÌNH 2.2 : ĐIỂM NĨNG CHẢY VÀ ĐƠNG ĐẶC CỦA GEL KELCOGEL
GELLAN GUM CHỨA NA+ ................................................................................. 16

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

iv


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

DANH MỤC BẢNG
BẢNG 2.1 : SO SÁNH TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA HIGH ACYL GELLAN GUM

VÀ LOW ACYL GELLAN GUM ......................................................................... 11
BẢNG 3.1 : CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM CỦA GELLAN GUM ............ 20

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

v


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

FDA

Food and Drug

Cục quản lý Thực phẩm và

Administration

Dược phẩm Hoa Kỳ

Uridine Glucose

Enzyme Uridine Glucose

Phosphorylase

Phosphorylase

UGP

UDP-D-Glu

TGP

Uridine-5’-Diphosphate-D- Uridine-5’-Diphosphate-DGlucose

Glucose

Thymidine Glucose

Enzyme Thymidine

Phosphorylase

Glucose Phosphorylase

Thymidine-5’-

Thymidine-5’-

Diphosphate-D-Glu

Diphosphate-D-Glucose

European Food Safety

Cơ quan An toàn Thực

Authority

phẩm Châu Âu

The Food and Agriculture

Tổ chức Lương thực và

Organization

Nông nghiệp Liên Hợp

TDP-D-Glu

EFSA

FAO

Quốc
WHO

World Health Organization

Tổ chức Y tế Thế giới

JECFA

Joint FAO/WHO Expert

Ủy ban chuyên gia về Phụ

Committee on Food

gia thực phẩm của FAO và

Additives

WHO

TMA

Tetramethylammonium

Tetramethylammonium

TPA

Texture Profile Analysis

Phương pháp mô tả cấu
trúc

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

vi

Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

DNA

Deoxyribonucleic Acid

Phân tử mang thông tin di
truyền quy định mọi hoạt
động sống

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

vii


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

LỜI MỞ ĐẦU
Hóa học và cơng nghệ được coi là một trong những ngành khoa học có lịch sử
lâu đời nhất trong lịch sử phát triển của nhân loại. Cùng với thời gian, hóa học ngày
càng có những bước tiến vượt bậc trở thành một ngành quan trọng và có nhiều ứng
dụng, có ảnh hưởng lớn tới sự phát triển của các ngành khác. Những ứng dụng khá phổ
biến của ngành hóa học là việc sử dụng các chất hoạt động bề mặt để sản xuất các sản
phẩm phục vụ đời sống hằng ngày như các chất tẩy rửa, các sản phẩm mỹ phẩm,…hay
được sử dụng để làm các chất xúc tác trong các phản ứng trong các ngành công
nghiệp.
Bên cạnh đó, những nhận thức sâu sắc hơn về mơi trường và phát triển bền
vững, ngày nay có nhiều nghiên cứu hướng đến và mở rộng việc sử dụng chất hoạt

động bề mặt, ứng dụng chúng để làm các tác nhân tạo độ ẩm, chất tạo nhũ, chất tạo độ
đặc, tăng độ tan, diệt khuẩn, chất chống nhiễm tĩnh điện, chống ăn mòn,…
Và Gellan Gum được biết đến như là một chất phụ gia được sử dụng phổ biến
trong lĩnh vực cơng nghiệp thực phẩm vì những ứng dụng thiết thực mà nó mang đến.
Chính vì thế, trong bài báo cáo này, em sẽ trình bày sơ lược về “Gellan Gum và một
số ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm”.
Bài viết được tìm hiểu và hồn thành thơng qua các nghiên cứu đã có sẵn. Bên
cạnh đó sẽ có những mặt hạn chế về ngơn ngữ dịch và thuật ngữ chuyên ngành của
riêng em nên không thể tránh khỏi sai sót trong q trình hồn thành bài báo cáo. Kính
mong nhận được sự góp ý trân q của cơ để bài báo cáo được hồn thiện hơn.
Chúc cơ những gì đẹp nhất và chúc cơ năm mới vui vẻ!
Em xin chân thành cảm ơn!

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

viii


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GELLAN GUM (E418)
1.1. Gum là gì?
Gum để chỉ các loại dịch rỉ, chảy ra khỏi thân cây và hóa rắn khi được sấy
khơ. Gum và chất nhầy là các đại phân tử, khi tiếp xúc với nước sẽ ít nhiều bị hịa tan
vào nước để tạo dung dịch keo hoặc gel. Gum có trong tất cả các lồi thực vật nhưng
ln hiện diện trong các họ cây: Mimosaceae, Rosaceae, Rutaceae…[1]
Chất tạo đặc còn được gọi tắt là gum, là những hợp chất keo và nước
(hydrocolloid) có bản chất là các polysaccharide, là chất tạo nên từ các monomer
thường gặp là galactos, glucuronic acid, uronic acid, arabinose, rhamnose và
manose…[1]

Chất tạo đặc cho thực phẩm (Food thickeners) hay phụ gia tạo đặc là một hay
một nhóm chất mà khi đưa vào thực phẩm (thường ở dạng lỏng) với một lượng rất
nhỏ, chúng có thể làm cho độ nhớt của những thực phẩm này tăng lên mà không làm
thay đổi tính chất đặc trưng vốn có của sản phẩm thực phẩm như màu, mùi, vị…
Ngoài ra, một số chất tạo đặc cịn có tác dụng tạo gel, làm bền, làm ổn định và tạo cấu
trúc cho các loại thực phẩm (làm bền hệ nhũ tương hay ổn định trạng thái lơ lửng của
hệ huyền phù trong nước quả).[1]
Chất tạo đặc có hiệu quả rất lớn vì chỉ cần được đưa vào hỗn hợp với một
lượng rất nhỏ các chất tạo đặc này thì cũng có thể tạo nên một dung dịch có độ nhớt
đáng kể. Vì vậy chúng thường được ứng dụng làm phụ gia tạo đặc cho các loại thực
phẩm dạng đặc, sệt như nước ép quả, các loại bánh pudding ăn liền, mì ăn liền, sốt
mayonnaise, sốt salad, siro, sữa…[1]
1.2. Lịch sử hình thành của Gellan Gum
Kể từ khi được phát hiện hơn ba thập kỷ trước, gellan gum đã trở thành một
chất phụ gia phổ biến trong thực phẩm, đồ uống, chăm sóc cá nhân, chất tẩy rửa công
nghiệp và thị trường sản xuất giấy, đặc biệt là trong 15 năm qua.
Gellan gum là tên chung của các polysaccharide ngoại bào, là một sản phẩm
lên men bởi vi khuẩn Pseudomonas elodea. Nó có thể được sản xuất theo u cầu, và
chất lượng của nó ít bị ảnh hưởng bởi các phẩm chất khác nhau của nguyên liệu thô.
Trần Thị Thủy Tiên 18139195

1


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Trong 20 năm qua, vi khuẩn đã trở thành một nguồn polysaccharides ngày
càng quan trọng. Kaneko và Kang đã phát hiện ra polymer này trong phịng thí nghiệm
của bộ phận Kelco của Merch và Co., California, USA vào năm 1978. Trước đây nó
cũng được quy và mã tên là S-60 hay P-60. Vi sinh vật sản xuất gellan gum được phân

lập từ mô thực vật Elodea. Những nghiên cứu khác đã khám phá ra rằng vi khuẩn này
là một chủng mới của loài Pseudomonas elodea.[2]
Năm 1994, người ta khám phá ra rằng vi khuẩn sản xuất ra gellan gum là
Sphingomonas paucimobilis và được phân loại trong phân lớp α-4 của Proteobacteria.
Các nhà khoa học đã thử tính độc một cách thành công và gellan gum được thông qua
để đưa vào sử dụng trong thực phẩm ở Nhật Bản năm 1988.
FDA của Mỹ đã thông qua và đưa gellan gum vào sử dụng trong phụ gia thực
phẩm năm 1992.[3]
1.3. Định nghĩa gellan gum
Là một loại polysaccharide anion tan trong nước được sản xuất bởi vi khuẩn
Sphingomonas Elodea (trước đây được xác định là Pseudomonas elodea, nhưng sau đó
được phân loại lại). Đây là một chất phụ gia phổ biến được sử dụng trong thực phẩm,
đồ uống, sản phẩm chăm sóc cá nhân.

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

2


Gellan Gum và ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm

Hình 1.1: Gellan gum
Gellan gum (có chỉ số quốc tế là E418) là một polymer có khối lượng phân tử
500 000 Daltons, có cấu trúc mạch thẳng với sự lặp lại của các tetrasaccharide. Sau đó
gellan gum được tinh chế bằng cồn isopropylic, được sử dụng trong thương mại dưới
dạng bột màu trắng, có thể tan trong nước và tạo gel, không tan trong ethanol. Gellan
là exopolysaccharide được tách từ quá trình lên men tĩnh, hiếu khí của vi khuẩn
Sphingomonas Elodea.
Hiện nay, gellan gum được sử dụng như là một chất tạo đặc, tạo gel và ổn định
cấu trúc.

1.4. Cấu trúc của gellan gum
Cấu tạo của một đơn vị lặp lại dưới dạng mạch thẳng với tỉ lệ 2:1:1 của gellan
gum bao gồm:
•

β-1,3-D-glucose.

•

β-1,4-D-glucuronic acid.

•

α-1,4-L-rhamnose.

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

3


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Chúng liên kết với nhau để tạo thành một đơn vị lặp lại tetrasaccharide
(Jansson và cộng sự, 1983; O'Neill và cộng sự, 1983). [4][5]

Hình 1.2: Đơn vị lặp lại tetrasaccharide của gellan gum (Nutrasweet Kelco Co., a unit
of Monsanto Co., San Diego, CA.)
Ở dạng ban đầu của nó (polymer được tiết ra bởi vi khuẩn), có khoảng 1,5
nhóm O-acyl (nhóm thế acyl) trên mỗi đơn vị tetrasaccharide lặp lại. Nhóm thế ban
đầu của O-acyl được cho là O-acetal, cho đến khi Kuo và cộng sự (1986) gợi ý rằng

gellan gum chứa cả nhóm thế O-acetyl và O-L-glyceryl trên đơn vị glucose 3 liên kết,
trước đây được gắn cho vị trí 6 và sau này là cho vị trí 2 (Sanderson, 1990). Phân tích
hóa học đã chứng minh rằng sự thay thế glycerate chiếm ưu thế hơn so với acetate
(Sanderson, 1990). Hơn nữa, thay thế glycerate ảnh hưởng đáng kể đến tính chất
gellan gum vì số lượng lớn của nó cản trở sự liên kết chuỗi và giải thích cho sự thay
đổi trong kết cấu gel do sự khử ester hóa (Gibson, 1992).[6]
Tia X được sử dụng để xác định hình dạng (cấu trúc) của phân tử gellan gum.
Các nghiên cứu nhiễu xạ ban đầu khơng thể tạo ra một phân tích cấu trúc chi tiết
(Carroll và cộng sự, 1982, 1983)[7][8]. Các nỗ lực nghiên cứu sau đó cũng đã thất bại để
tạo ra một cấu trúc phù hợp với dữ liệu tia X (Upstill và cộng sự, 1986)[9]. Cuối cùng,
cấu trúc tinh thể của gellan gum đã được làm rõ bởi cơng trình nghiên cứu của Chan
Drasekaran và cộng sự (l988a)[10] trên cùng một dữ liệu, chỉ ra một chuỗi xoắn kép
song song kéo dài, đan xen nhau, gấp ba lần, song song. Phân tử trạng thái rắn hình
dạng là một chỉ thị của các liên kết phân tử trong dung dịch, liên quan đến sự kết hợp
qua trung gian ion của các chuỗi xoắn kép (Chan Drasekaran và cộng sự, 1988b;
Rinaudo, 1988; Sanderson, 1990)[11][12]. Cấu trúc bao gồm dư lượng acid uronic và do
đó có thể được hình thành dưới dạng nhiều loại muối. Polysaccharide được tạo ra tồn

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

4


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

tại dưới dạng muối hỗn hợp, chủ yếu ở dạng kali, nhưng nó cũng có thể chứa natri và
calcium với một lượng nhỏ, và thậm chí một lượng nhỏ magie.
Glucuronic acid được trung hịa khi có mặt của các ion kim loại như K+, Ca2+
và Mg2+. Nó có thể chứa một lượng nhỏ các hợp chất nito từ kết quả của quá trình lên
men.

1.5. Phân loại
Dựa vào hàm lượng acyl, người ta phân loại gellan gum thành 2 loại [4][5]:
1.5.1. High acyl gellan gum (native gellan)
Trong cấu trúc của high acyl gellan gum có chứa 2 nhóm acyl là acetate và
glycerate, 2 nhóm thế này nằm ở cùng một phân tử glucose và trung bình sẽ có 1
glycerate cho mỗi đơn vị lặp lại và 1 đơn vị acetate cho mỗi 2 đơn vị lặp lại (Kuo và
cộng sự, 1986).

Hình 1.3: Công thức cấu tạo của high acyl gellan gum
1.5.2. Low acyl gellan gum (deacylated gellan)
Các monosaccharide tạo nên các đơn vị low acyl gellan gum là glucose,
glucuronic acid và rhamnose với tỉ lệ 2:1:1. Trong cấu trúc của high acyl gellan gum
có chứa 2 nhóm acyl cịn trong low acyl gellan gum thì khơng có chứa nhóm acyl nào.

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

5


Gellan Gum và ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của low acyl gellan gum
1.6. Thành phần dinh dưỡng có trong gellan gum
Gellan gum là một phụ gia thực phẩm thường được sử dụng để liên kết, ổn
định hoặc kết cấu thực phẩm chế biến. Về thành phần dinh dưỡng thì trong 100g
gellan gum có chứa: 168 calo, 1g chất đạm và 46% carbohydrate.
1.7. Nghiên cứu về độc tính của gellan gum
Gellan gum là nghiên cứu độc quyền của Kelco (Kang và cộng sự, 1980,
1982b, c; Kang and Veeder, 1983)[13][14][15][16]. Gellan gum thực phẩm Kelcogel được
mô tả là đặc biệt sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Các nghiên cứu về độ

an toàn của gellan gum trên chuột đã chỉ ra rằng một thử nghiệm của LD50 qua đường
miệng, sản phẩm an toàn ở mức > 5000 mgkg-l. Theo dõi chế độ ăn kéo dài 3 tháng,
khơng có dấu hiệu nhiễm độc ở mức lên đến 6% (w/w) của chế độ ăn và đã được ghi
nhận. Trong một nghiên cứu về sinh sản hai thế hệ, khơng có tác dụng phụ nào được
ghi nhận đến 6% (w/w) trong khẩu phần (Sanderson, 1990).
Kiểm tra chế độ ăn uống được thực hiện với chó trong 52 tuần khơng cho thấy
tác dụng của độc tính nào ở nồng độ 3%, 4.5% hoặc 5% (đại diện cho lượng tiêu thụ
hàng ngày là tương ứng với 1.0, 1.5 hoặc 2.0 gkg-1). Với những con khỉ phải chịu 28
ngày kiểm tra, khơng có dấu hiệu lâm sàng hoặc sự thay đổi về hóa học trong máu và
đã được ghi nhận ở liều lượng lên đến 3 gkg-1. Khơng có kích ứng da hoặc mắt được
ghi nhận ở thỏ.
Với con người, các thử nghiệm về chế độ ăn uống trong 23 ngày không mang
lại tác dụng phụ nào đối với sinh hóa huyết tương, huyết học hoặc phân tích nước tiểu
với liều hàng ngày 200mgkg-l. Kết quả như vậy cho thấy rằng khơng có lý do gì để lo
ngại về việc sử dụng gellan gum như một sản phẩm thực phẩm (Sanderson, 1990).
Trần Thị Thủy Tiên 18139195

6


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

1.8. Nguồn sản xuất gellan gum
Gellan gum được sản xuất bằng cách nuôi cấy tinh khiết vi khuẩn P.elodea.
Các môi trường lên men để hình thành gellan gum bao gồm một nguồn carbon như
glucose, một nguồn nitơ và các muối vô cơ. Để lên men trong điều kiện vô trùng được
thành cơng thì sục khí, các tác động và kiểm sốt nhiệt độ và độ pH cần được duy trì
(Kang và cộng sự, 1982a)[13]. Dung dịch dùng để lên men làm tăng độ nhớt khi glucose
được chuyển hóa bởi các vi khuẩn và gum được tiết ra. Sau khi quá trình lên men hoàn
tất (khi nguồn carbon cạn kiệt), vi khuẩn còn lại sẽ bị tiêu diệt bằng cách xử lý nhiệt

trước khi xử lý dung dịch để thu được polysaccharide. Xử lý dung dịch nước đã thanh
trùng với kiềm để loại bỏ các nhóm thế acyl trên chuỗi gellan gum. Sau đó, các mảnh
vụn được loại bỏ và gellan gum được thu hồi bằng cách kết tủa với rượu. Đây là một
phương pháp không thay thế để đạt được mức độ tinh khiết cao của gellan gum. Trong
thực tế, hai dạng gellan gum được sản xuất là: dạng gốc được acyl hóa hồn tồn và
dạng đã khử vịng.
Ví dụ về các sản phẩm có hàm lượng acyl thấp là Gelrite gellan gum cho môi
trường vi sinh và gellan gum cấp thực phẩm Kelcogel. Có thể sản xuất hai loại gel với
kết cấu khác nhau. Gel đàn hồi kết dính được sản xuất từ vật liệu được acyl hóa và gel
giịn mạnh từ vật liệu đã khử vòng (Sutherland, 1992). Bởi vì mức độ của q trình
acyl hóa có thể được kiểm sốt bằng bước khử oxy hóa, nhiều chế phẩm có thành phần
và hàm lượng acyl trung gian có thể được tạo ra, tạo ra nhiều loại gel có kết cấu và sản
phẩm khác nhau (Sanderson, 1990)[17].

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

7


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

1.9. Cơ chế tổng hợp gellan gum

Hình 1.5: Cơ chế tổng hợp gellan gum
Gellan được cấu tạo từ các monomer: β-1,3-D-glucose; β-1,4-D-glucuronic
acid; α-1,4-L-rhamnose nên trước khi tổng hợp được gellan gum, vi khuẩn phải tổng
hợp các monomer này trước.
Quá trình tổng hợp:
Glucose từ môi trường lên men được vi khuẩn hấp thụ qua thành tế bào. Dưới
tác dụng của enzyme glucose kynase, glucose sẽ chuyển thành glucose-6-phosphate,

tiếp theo enzyme phosphoglucomutase sẽ chuyển glucose-6-phosphate thành glucose1-phosphate. Từ glucose-1-phosphate, sẽ chia thành 2 con đường sinh tổng hợp khác
nhau:
•

Dưới tác dụng của enzyme uridine glucose phosphorylase (UGP),

glucose-1-phosphate sẽ tạo thành uridine-5’-diphosphate-D-glucose (UDP-D-Glu).
Tiếp theo dưới tác dụng của enzyme uridine glucose dehydrogenase sẽ tạo thành
uridine-5’-diphosphate glucuronic acid.
•

Dưới tác dụng của enzyme thymidine glucose phosphorylase (TGP),

glucose-1-phosphate sẽ tạo thành thymidine-5’-diphosphate-D-glucose (TDP-D-Glu).
Trần Thị Thủy Tiên 18139195

8


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Tiếp tục thì enzyme thymidine rhamnose synthelase sẽ tổng hợp TDP-D-Glucose
thành thymidine-5’-diphosphate rhamnose.
Như

vậy,

từ

uridine-5’-diphosphate-D-glucose,

uridine-5’-diphosphate

glucuronic acid, thymidine-5’-diphosphate rhamnose sẽ tạo thành gellan gum.

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

9


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH CỦA GELLAN GUM
2.1. Đặc tính hóa lý
Gellan gum là một hợp chất dạng bột mịn màu trắng ngà và xốp, hợp chất này
không mùi và tan trong nước. Đây là chất phụ gia an toàn, được Cục Quản lý thực
phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) và cơ quan an toàn thực phẩm Châu Âu (EFSA),
cũng như Ủy ban chuyên gia FAO/WHO về Phụ gia Thực phẩm (JECFA) phê duyệt.
Gellan gum là một chất gel tan trong nước, có hai loại gellan gum và được
phân biệt bởi hàm lượng acyl: gellan gum acyl cao và gellan gum acyl thấp. Sự có mặt
hay khơng của nhóm acyl trong gellan gum ảnh hưởng đến tính năng của chúng.
Gellan tự nhiên cho ra gel mềm, đàn hồi , thuận nghịch về nhiệt và yếu do nhiều nhóm
acetyl và glyceryl ngăn chặn sự liên kết chặt chẽ giữa các chuỗi polymer của gellan
trong việc hình thành nhiều chuỗi xoắn ốc, và ngăn cản sự kết chặt chuỗi xoắn đôi
bằng liên kết ngang. Q trình deacyl hóa gellan cho ra loại gel chắc, giịn và khơng
thuận nghịch nhiệt do sự vắng mặt của nhiều nhóm acetyl và glyceryl. Vì vậy, khi nói
đến tính hydrate hay tạo gel của gellan gum thì phải phân biệt giữa gellan gum acyl
cao và gellan gum acyl thấp.
High acyl gellan gum

Low acyl gellan gum

Trọng lượng phân tử

1-2.106 Daltons

2-3.106 Daltons

Độ hịa tan

Nước nóng > 700C

Nước nóng > 800C hoặc
nước lạnh với
sequestrants

Điều kiện tạo gel

Không cần cation

Cation, acid hoặc các chất
rắn hịa tan

Nhiệt độ tạo gel

70-800C

10-600C

Tính thuận nghịch về

Có

Khơng

nhiệt

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

10


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Kết cấu gel

Gel mềm mại và đàn hồi

Gel cứng và giòn

Độ nhớt

Cao

Thấp

Độ trong

Đục

Trong

Bảng 2.1: So sánh tính chất vật lý của High acyl gellan gum và Low acyl gellan
gum
2.2. Đặc tính gel
2.2.1. Cơ chế tạo gel

Nhiều nghiên cứu cho rằng ban đầu q trình gel hóa gellan gum xảy ra thơng
qua sự hình thành của các vịng xoắn kép, tiếp theo là sự liên kết do ion của chúng gây
ra (Gibson, 1992)[18]. Khi ở nhiệt độ cao, gellan tồn tại dưới dạng những sợi cuộn. Khi
hạ nhiệt độ xuống, các sợi duỗi ra và xoắn kép với nhau tạo ra các sợi kép. Và các sợi
kép này tiếp tục liên kết với nhau tạo nên các tinh thể gellan.
Sự hình thành gel của gellan xảy ra nhanh chóng khi nâng và hạ nhiệt độ của
dung dịch gellan với sự có mặt của các cation. Ở nhiệt độ thấp, các sợi kép của gellan
sẽ hình thành những vịng xoắn có trật tự, trong khi ở nhiệt độ cao xuất hiện các
polysaccharide dạng sợi đơn làm giảm độ nhớt của dung dịch. Nhiệt độ chuyển tiếp
khoảng 30-350C. Dưới nhiệt độ chuyển tiếp, cấu trúc của dịch trở nên cứng dần và kết
quả là hình thành gel. Các sợi xoắn liên kết với nhau bằng các mối nối và hình thành
nên mạng lưới khơng gian ba chiều bằng cách tạo phức hợp với các cation và liên kết
hydro với nước. Sự bổ sung các cation hóa trị một và hóa trị hai trong suốt quá trình
làm lạnh sẽ làm tăng số cầu muối tại mối nối, vì thế cải thiện được tính chất tạo gel
của gellan.
Sự hình thành gel của gellan rất nhạy với sự có mặt của cation. Những cation
hóa trị một như Na, K và các loại cation hóa trị hai như Ca, Mg thì thúc đẩy được sự
tạo gel. Và điểm nóng chảy của gel sẽ tăng lên khi tăng độ mạnh của ion. Các ion đối
như cation tetramethylammonium (TMA) sẽ kìm hãm sự tạo gel. Sự bổ sung các
cation thúc đẩy quá trình tạo gel sẽ dẫn đến sự tinh thể hóa những sợi này và hình

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

11


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

thành gel bền. Lượng lớn nhóm thế L-glycerate sẽ hạn chế sự tinh thể hóa ở một số
vùng, vì thế sản xuất ra gel mềm hơn và đàn hồi hơn.
2.2.2. Một vài yếu tố ảnh hưởng đến độ bền gel
Hàm lượng acetyl: Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền gel, gellan
gum với hàm lượng acetyl khác nhau sẽ tạo gel có các đặc tính khác nhau. Native
gellan gum tạo gel mềm, đàn hồi, gel có tính thuận nghịch nhiệt và rất yếu.
Deacetylaed gellan gum thình thành gel rắn chắc, dễ gãy.
Loại và nồng độ các ion: Có ảnh hưởng đến độ bền gel và độ giịn. Gellan
khơng hình thành gel trong nước khử ion nhưng khi thêm vào các muối Ca2+, K+, Na+
và Mg2+ thì sẽ làm gia tăng hai đặc tính trên. Đáng chú ý là các ion hóa trị hai có hiệu
quả hơn để đạt được điều này, thậm chí ở gel có nồng độ gellan thấp (0.2% khối
lượng/thể tích), độ bền gel cao đạt được ở nồng độ tối đa là 0.004% Ca2+ (khối
lượng/thể tích) và 0.005% Mg2+ (khối lượng/thể tích). Độ bền gel tương tự cũng có thể
đạt được với 0.12% K+ hoặc 0.16% Na+ (khối lượng/thể tích). Gel KCl hoặc NaCl có
độ bền gel thấp hơn, thậm chí khi nồng độ muối cao (1% khối lượng/thể tích).
pH của gel: Độ bền gel tăng trong khoảng pH từ 3.5-8, đó là khoảng pH tự
nhiên của hầu hết thực phẩm. Trong một vài trường hợp, sự thay đổi pH ảnh hưởng
đến điểm tan chảy của gel. Ví dụ gel có nồng độ ion hóa trị một thấp tan chảy ở 700C ở
pH trung tính nhưng ở pH=3.5 thì nhiệt độ tan chảy tăng nhẹ.
Sự có mặt của các thành phần có thể hút ẩm: Thêm các thành phần hút ẩm
như sucrose (10% khối lượng/thể tích) có xu hướng là giảm nồng độ ion yêu cầu cho
độ bền gel tối thiểu. Ảnh hưởng của sucrose lên độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ các
cation. Ở nồng độ cation thấp, sucrose làm gel trở nên vững chắc hơn, nhưng ở nồng
độ cation cao, sucrose làm gel yếu đi.
2.3. Tính hydrat hóa

Gellan chứa các ion hóa trị hai, ức chế q trình hydrat hóa của nó. Nước cứng
khử ion cho phép hydrat hóa một phần gellan. Quá trình hydrat hóa hồn tồn đạt được
bằng cách đun nóng đến ít nhất 70°C, hoặc bằng cách trộn một dạng muối đơn hóa trị
tinh khiết của gellan gum trong nước cứng để khử ion. Bởi vì hầu hết các nguồn cung
Trần Thị Thủy Tiên 18139195

12


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

cấp nước cứng đều chứa cation hóa trị hai, q trình hydrat hóa bị hạn chế ở nhiệt độ
mơi trường xung quanh và gellan gum có thể dễ dàng phân tán (khơng có sự hydrat
hóa), tránh các vấn đề liên quan đến việc bị vón cục, kết tụ. Mức độ hydrat hóa trong
nước cứng phụ thuộc vào nồng độ cation. Trong nước mềm, nếu hydrat hóa khơng đủ
trong gellan gum có thể gây ra các vấn đề về kết tụ và vón cục. Trong những trường
hợp này, có thể pha trộn hỗn hợp khô của gellan gum với đường hoặc sự khuấy mạnh
được sử dụng để cải thiện sự phân tán (Gibson, 1992)[18]. Trong nước có chứa > 150
ppm calcium cacbonat ở nhiệt độ mơi trường xung quanh, sự hydrat hóa có thể xảy ra
nhưng mức độ hạn chế của nó khơng tạo ra vấn đề phân tán.
Nói chung, nồng độ cation càng cao (nước càng cứng) thì nhiệt độ hydrat hóa
càng cao. Đơi khi (như trường hợp độ cứng của nước xấp xỉ 200 ppm calcium
cacbonat), nhiệt độ rất cao, đạt được bằng cách xử lý siêu nhiệt, là cần thiết cho q
trình hydrat hóa hồn tồn (Gibson, 1992)[18]. Các cuộc thảo luận về hydrat hóa thường
liên quan đến sự hiện diện của các ion hóa trị hai vì nồng độ của các ion hóa trị một
cần thiết để ức chế q trình hydrat hóa cao hơn nhiều. Các ion hóa trị có thể là cơ lập
bằng natri hoặc kali citrate, hoặc bằng các tác nhân cô lập như phosphate, tạo điều kiện
cho gellan gum hòa tan ở nhiệt độ thấp.
2.4. Độ hòa tan
Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu về gellan gum đều tập trung vào Low

acyl gellan gum. Chúng được sản xuất dưới dạng hỗn hợp muối, chủ yếu ở dạng kali
nhưng cũng chứa các ion hóa trị hai như calcium. Đặc trưng mức độ của các cation
chính trong Gelrite là: Ca2+ 0.75%; Mg2+ 0.25%; Na+ 0.70%; và K+ 2.0%. Gellan gum
có hàm lượng acyl thấp chỉ có thể hịa tan trong mơi trường nước cứng. Độ hòa tan
được tăng lên bằng cách giảm hàm lượng ion của nước và bằng cách chuyển gellan
gum thành dạng muối đơn hóa trị tinh khiết, nhưng độ hịa tan hồn toàn của Gelrite
chỉ đạt được trong nước khử ion bằng cách sử dụng các dạng muối đơn chức. Gellan
gum có hàm lượng acyl thấp được hòa tan bằng cách đun nóng phân tán trong nước ít
nhất trên 70°C. Cao dần lên nhiệt độ được yêu cầu vì cường độ ion của pha nước là
tăng[19].

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

13


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Gel có thể được hình thành với Gelrite ở nồng độ thấp như 0.05%. Việc ngăn
chặn sự hòa tan bằng cách đảm bảo hàm lượng ion cần thiết đã được ứng dụng vào
thực tế của gellan gum có hàm lượng acyl thấp. Bằng cách này, gellan gum có thể dễ
dàng phân tán trước trong nước mà không gặp phải các vấn đề về hydrat hóa, và có thể
được 'kích hoạt' đơn giản bằng cách làm nóng. Sử dụng gellan gum theo cách này
tương tự như việc sử dụng các loại tinh bột tự nhiên, khơng tan trong nước lạnh dạng
hạt, có thể được phối trộn trong nước một cách thuận tiện trước khi nấu. Độ hòa tan
của gellan gum trong điều kiện lạnh với các ion hóa trị một và hóa trị hai để tạo thành
gel tùy thuộc vào các loại và mức độ ion[19].
2.5. Tính cơ học của gellan gum
Gellan gels có nhiều đặc tính cơ học, từ mềm và đàn hồi đến cứng và giòn,
được quyết định bởi mức độ ester hóa (Sanderson và cộng sự, 1987b)[20]. Cường độ

nén (ứng suất nén) của 0.5-2.5% của gellan gel đã được nghiên cứu (Nussinovitch và
cộng sự, 1990a) và được tìm thấy giống như của gel của agar có nồng độ tương tự
(Nussinovitch và cộng sự, 1989)[21]. Các nồng độ gellan gum tăng gấp năm lần dẫn đến
tăng độ nén xấp xỉ 10 lần. Gellan gel hình thành từ các dung dịch gellan gum 1% có
chứa 7 mM ion calcium đã được thử nghiệm mức độ hư hại khi ở chế độ kéo và xoắn
(Lelievre và cộng sự, 1992)[22]. Giá trị ứng suất và biến dạng được đo ở các chế độ
nén, kéo và xoắn trên gellan gum. Gel có hàm lượng calcium thấp được tăng tuyến
tính với nồng độ ion calcium đến mức xấp xỉ 0.5 ion calcium trên mỗi đơn vị
tetrasaccharide lặp lại trên chuỗi polymer của gellan gum.
Kết cấu của gel gellan cũng được nghiên cứu bằng phân tích hồ sơ kết cấu
(TPA). Các kỹ thuật sử dụng hai lần nén liên tiếp của một mẫu gel và đánh giá một vài
giá trị được tính tốn từ các đường cong biến dạng lực. Trong trường hợp khơng có
ion, một loại gel rất yếu được hình thành. Độ cứng (lực lớn nhất xuất hiện bất kỳ lúc
nào trong chu kỳ nén đầu tiên, tương quan với độ bền đứt của mẫu) nhanh chóng tăng
lên tối đa ở mức calcium thấp và sau đó giảm khi nồng độ ion tăng lên. Modulus (độ
dốc ban đầu của đường cong biến dạng lực, thường tương quan về độ cứng của mẫu)
cho thấy tối đa từ 0.016% đến 0.05% khi được bổ sung calcium (400 và 1250ppm
calcium cacbonat, tương ứng). Độ giòn của gel liên quan đến nồng độ ion, khi giảm
Trần Thị Thủy Tiên 18139195

14


Gellan Gum và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

nồng độ ion thì độ giịn của gel cũng giảm. Ngược lại, độ đàn hồi giảm nhanh chóng
khi nồng độ ion tăng lên đến một giá trị gần như không đổi khoảng 10%.
2.6. Điểm tan chảy và đông đặc
Điểm tan chảy có thể dưới hoặc trên 100C tùy vào điều kiện tạo gel. Yếu tố
quan trọng nhất chịu trách nhiệm cho tính linh động của điểm tan chảy là nồng độ

cation trong gel. Bởi vì số các cation hóa trị một và hóa trị hai làm gia tăng các mối
nối trong gel và làm cho chúng bền nhiệt hơn.
Điểm tan chảy và đơng đặc là những đặc tính quan trọng của gel, phụ thuộc
vào nồng độ và loại ion của gellan gum (Sanderson, 1990)[17]. Các loại gel khác nhau
về nhiệt độ đông đặc của chúng. Hầu hết các loại gel Ca2+ đông đặc nằm trong khoảng
25 đến 40°C trong khi những loại có Na+ đặc trong khoảng 40 đến 50°C.

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

15


Gellan Gum và ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm

Hình 2.1: Điểm nóng chảy và đơng đặc của gel Kelcogel gellan gum chứa Ca2+

Hình 2.2: Điểm nóng chảy và đơng đặc của gel Kelcogel gellan gum chứa Na+

Trần Thị Thủy Tiên 18139195

16