phụ gia thực phẩm

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Định nghĩa:
Phụ gia:
Theo TCVN: Phụ gia thực phẩm là những chất không được coi là thực phẩm hay một
thành phần chủ yếu của thực phẩm, có hoặc không có giá trị dinh dưỡng, đảm bảo an
toàn cho sức khỏe, được chủ động cho vào thực phẩm với lượng nhỏ nhằm duy trì chất
lượng, hình dạng, mùi vị, độ kiềm hoặc độ acid của thực phẩm, đáp ứng về yêu cầu công
nghệ trong chế biến, đóng gói, vận chuyển và bảo quản thực phẩm.
Phụ gia tạo cấu trúc: là nhóm phụ gia thêm vào nhằm thay đổi cấu trúc nguyên
liệu ban đầu, tạo ra cấu trúc mới hoặc làm ổn định cấu trúc của sản phẩm
1.2 Phân loại:
 HYROCOLLOID: Xanthan gum, guargum, carrageenan, locust bean gum,
agar-agar, pectin, alginate…
Hyrocolloid à những polymer tan trong nước (polysaccharide và protein) hiện đang được
sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với rất nhiều chức năng như tạo đặc hay tạo gel hệ
lỏng, ổn định hệ bọt, nhũ tương và huyền phù, ngăn cản sự hình thành tinh thể đá và
đường, giữ hương. Chúng có thể được phân loại tùy thuộc vào nguồn gốc, phương pháp
phân tách, chức năng, cấu trúc, khả năng thuận nghịch về nhiệt, thời gian tạo gel hay điện
tích. Nhưng phương pháp phân loại thích hợp nhất cho những tác nhân tạo gel là cấu trúc,
khả năng thuận nghịch về nhiệt và thời gian tạo gel.
Nguồn hydrocolloid quan trọng trong công nghiệp:
- Thực vật:
Trong cây: cellulose, tinh bột, pectin.
Gum từ nhựa cây: gum arabic, gum karaya, gum ghatti, gum tragacanth
Hạt: guar gum, locust bean gum, tara gum, tamarind gum
Củ: konjac mannan
Tảo (Algal)
Tảo đỏ: agar, carrageenan
Tảo nâu: alginate
- Vi sinh vật: xanthan gum, curdlan, dextran, gellan gum, cellulose
 POLYSACCHARIDE: tinh bột, tinh bột biến tính, maltose dextrin, chitosan…

 PROTEIN: caseinate, whey, bột mì và gluten, protein đậu nành, protein trứng,
da heo, gelatin,…
 POLYPHOSPHATE.
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LOẠI PHỤ GIA TẠO CẤU TRÚC:
2.1 Carrageenan (nhóm hyrocolloid)
2.1.1 Lịch sử phát hiện ra Carrageenan
Carrageenan bắt đầu được sử dụng hơn 600 năm trước đây, được chiết xuất từ rêu
Irish moss (Loài rong đỏ Chondrus crispus) tại một ngôi làng trên bờ biển phía Nam
Ireland trong một ngôi làng mang tên Carraghen.
Vào những năm 30 của thế kỷ XX, carrageenan được sử dụng trong công nghiệp
biavà hồ sợi. Cũng trong thời kỳ này những khám phá về cấu trúc hóa học của
carrageenan được tiến hành mạnh mẽ. Sau này, carrageenan được chiết xuất từ một số
loài rong khác như Gigartina stelata thuộc chi rong Gigartina. Nhiều loài rong khác cũng
được nghiên cứu trong việc chiết tách carrageenan để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác
nhau.
Hình 1: tảo carrageenan
Ngày nay, sản xuất công nghiệp carrageenan không c òn giới hạn vào chiết tách từ
Irish moss, mà rất nhiều loài rong đỏ thuộc ngành Rhodophyta đã được sử dụng. Những
loài này gọi chung là Carrageenophyte. Qua nhiều nghiên cứu, đã có hàng chục loài rong
biển được khai thác tự nhiên hay nuôi trồng để sản xuất carrageenan, phổ biến nhất là :
Kappaphycus alvarezii, Chondrrus crrispus, Sarcothalia crispate và Eucheuma
denticulation được sử dụng để thu carrageenan dùng trong thực phẩm. Trong thực phẩm,
người ta không sử dụng từng loại tảo riêng biệt mà luôn luôn kết hợp nhiều loại lại với
nhau để tạo ra Carrageenan có các đặc tính riêng biệt và hoàn hảo hơn. Từ đó người ta
chia carrageenan thành 3 loại điển hình sau:
+ Kappa carageenan: được tch chiết từ các loại tảo Kappaphycus alvarezii,
Chondrrus crrispus, Sarcothalia crispate.
+ Iota carrageenan: được tách chiết từ tảo Eucheuma denticulation.
+ Lambda carrageenan: được tách chiết từ tảo Chondrrus crrispus,
Sarcothalia crispate.

2.1.2 Cấu tạo của carrageenan
Carrageenan là một polysaccharide dị thể của galactose –galactan. Ngoài mạch
polysaccharide chính còn có thể có các nhóm sulfat được gắn vào carrageenan ở những vị
trí và số lượng khác nhau. Vì vậy, carrageenan không phải chỉ l à một polysaccharid đơn
lẻ, có cấu trúc nhất định mà là các galactan sulfat. Mỗi galactan sulfat là một dạng riêng
của carrageenan và có ký hiệu riêng. Ví dụ: λ – , κ –, ι –, ν – carrageenan.
Có thể nói carrageenan là một hỗn hợp phức tạp của ít nhất 5 loại polymer: λ – , κ
–, ι –, ν - carrageenan, cấu tạo từ các gốc D-galactose và 3,6-anhydro D-galctose. Các
gốc này kết hợp với nhau bằng liên kết -1,4 và -1,3 luân phiên nhau. Các gốc D-galactose
được sulfate hóa với tỉ lệ cao. Các loại carrageenan khác nhau về mức độ sulfate hóa.
Mạch polysaccharide của các carrageenan có cấu trúc xoắn kép. Mỗi vòng xoắn do
3 đơn gốc disaccharide tạo nên. Các polysaccharide phổ biến của carrageenan là kappa-,
iota- và lambda- carrageenan: Kappa-carrageenan là một loại polymer của D-galactose-
4-sulfate và 3,6-anhydro D-galctose. Iota-carrageenan cũng có cấu tạo tương tự Kappa-
carrageenan, ngoại trừ 3,6-anhydro-galactose bị sulfate hóa ở C số 2. Lambda-
carrageenan có monomer hầu hết là các D-galactose- 2-sulfate (liên kết 1,3) và D-
galactose-2,6-disulfate (liên kết 1,4).
Muy và nuy- carrageenan khi được xử lý bằng kiềm sẽ chuyển thành kappa và
iota- carrageenan. Trong quá trình chiết tách, do tác động của môi trường kiềm các
μ-,ν-,λ-carrageenan dễ chuyển hóa thành κ-, ι-, θ- carrageenan tương ứng. Các
carrageenan có mức độ sulfat hóa khác nhau, thí dụ κ–carrageenan (25 % sulfat), ι–
carrageenan (32 % sulfat), λ–carrageenan (35 % sulfat). Các sản phẩm này đã được
thương mại hóa, chiếm vị trí quan trọng trong thị trường polysaccharide.
2.1.3 Tính chất
 Độ tan:
Màu hơi vàng, màu nâu vàng nhạt hay màu trắng. Dạng bột thô, bột mịn và gần
như không mùi.
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

nàykhông tan trong nước. Nhóm carrageenan không có cầu nối th ì dễ tan hơn. Thí dụ
như λ-carrageenan không có cầu nối 3,6-anhydro và có thêm 3 nhóm sulfat ưa nư ớc nên
nó tantrong 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.
 Độ nhớt
Độ nhớt của các dung dịch carrageenan phụ thuộc v ào nhiệt độ, dạng, trọng lượng
phân tử và sự hiện diện của các ion khác tr ong dung dịch. Khi nhiệt độ và lực ion của
dung dịch tăng thì độ nhớt của dung dịch giảm. Các carrageenan tạo th ành dung dịch có
độ nhớt từ 25 – 500 Mpa, riêng κ –carrageenan có thể tạo dung dịch có độ nhớt tới 2000
Mpa.
Sự liên quan tỷ lệ thuận giữa độ nhớt và trọng lượng phân tử của carrageenan có
thểmô tả bằng công thức cân bằng của Mark -Houwink như sau:
[η] = K(Mw)α
Trong đó: η: độ nhớt
Mw: trọng lượng phân tử trung bình
K và α: hằng số phụ thuộc vào dạng của carrageenan và dung
môi hòa tan
 Tương tác giữa carrageenan với protein
Đây là một trong những tính chất quan trọng của carrageenan v à 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 sulfat mang điện âm của carrageenan và có tính quyết định đến độ bền cơ
học của gel.
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.
 Tạo gel
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 chắc, 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 th êm các cation với một
nồng độ nhất định. Quá trình hình thành gel diễn ra phức tạp, được thực hiện theo hai
bước:
• Bước 1: khi hạ nhiệt độ đến một giới hạn n ào 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 c òn gọi
là xoắn kép.
 Khả năng tạo gel:
Phụ thuộc rất lớn vào sự có mặt của các cation. Ví dụ: Khi liên kết với K+, NH4+,
dung dịch -carageenan tạo thành gel thuận nghịch về nhiệt. Khi liên kết với Na+ thì
carrageenan hòa tan trong nước lạnh và không có khả năng tạo gel. Muối K+ của
-carrageenan có khả năng tạo gel tốt nhất nhưng gel giòn và dễ bị phân rã. Chúng ta có
thể giảm độ giòn của gel bằng cách thêm vào locust bean gum.

2.1.4. Phương pháp sản xuất carageenan trong công nghiệp.
Carrageenan được thu nhận bằng cách chiết từ tảo biển bằng nước hay bằng dung
dịch kiềm loãng. Carrageenan được thu lại bằng sự kết tủa bởi cồn, sấy thùng quay, hay
kết tủa trong dung dịch KCl và sau đó làm lạnh. Cồn được sử dụng trong suốt quá trình
thu nhận và tinh sạch là methanol, ethanol, và isopropanol. Sản phẩm có thể chứa đường
nhằm mục đích chuẩn hóa, chứa muối để thu được cấu trúc gel đặc trưng hay tính năng
tạo đặc.
2.1.5. Ứng dụng
Carrageenan được sử dụng ở nhiều dạng khác nhau trong nhiều sản phẩm mà
chúng ta sử dụng hàng ngày, nhất là trong lĩnh vực thực phẩm với một trong ba hoặc cả
ba tác dụng sau:
+ Chất ổn định
+ Chất tạo gel
+ Chất tạo sự đông đặc
Các sản phẩm có sử dụng carrageenan đã được sử dụng phổ biến trong nhiều thế
kỷ. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh độ an toàn của carrgeenan, nó không gây độc,
không có dấu hiệu gây viêm loét trên cơ thể và có thể sử dụng trong thực phẩm với một
lượng không giới hạn.
Tổ chức FDA của Mỹ đã xếp carrageenan vào danh mục các chất an toàn đối với
các sản phẩm thực phẩm.
Tính phổ biến của carrageenan được thể hiện ở 4 đặc điểm sau:
 Tham gia như một chất tạo đông đối với một số sản phẩm nh ư: kem, sữa, bơ,
pho mát.
 Làm bền nhũ tương, giúp cho dung dịch ở trạng thái nhũ tương cân bằng với
nhau mà không bị tách lớp.
 Có thể thay đổi kết cấu của sản phẩm với tính chất hóa lý, cơ học mong muốn,
tạo ra các sản phẩm đông đặc có độ bền dai.
 Giúp ổn định các tinh thể trong các sản phẩm bánh, kẹo ngăn chặn đường và
nước đá bị kết tinh. Chính vì vậy, carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong các ngành
kinh tế quốc dân, góp phần đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm.

2.1.6 Ứng dụng trong các ngành thực phẩm
Carrageenan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm khác nhau
như: kem, phomat, bánh pudding, si rô, đồ uống lạnh, mứt ít đường và sữa chua, thịt cá.
Các công ty chế biến thịt cá sử dụng carrageenan vì carrageenan có khả năng tăng
hiệu suất các sản phẩm bằng cách giữ nước bên trong sản phẩm.
Ngoài ra, carrageenan còn được thêm vào bia hoặc rượu để tạo phức protein và kết
lắng chúng làm cho sản phẩm được trong hơn.
Sử dụng carrageenan trong thực phẩm giúp gia tăng lợi nhuận khoảng 40%.
Đảm bảo sự tươi ngon ( khả năng giữ nước) , ổn định cấu trúc của thịt , cá, và gia
cầm trong suốt quá trình từ vận chuyển, tồn trữ và các giai đoạn chế biến.
2.2 Tinh bột – tinh bột biến tính: (nhóm polysaccharide)
Tinh bột là polysaccharide chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Tinh bột cũng
có nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài. Một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong
các loại quả như chuối và nhiều loại rau. Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực do đó
các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột. Hình dạng
và thành phần hóa học của tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt
Tinh bột
không phải là một chất riêng biệt, nó bao gồm hai thành phần chính là
amylose và
amylopectin. Hai chất này khác nhau về nhiều tính chất lý học và hóa học.
2.2.1 Cấu tạo:

Tinh bột là loại polysaccharide khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucose được
nối nhau bởi các liên kết α-glucoside, có công thức phân tử là (C
6
H
10
O
5
)

n
, ở đây n có thể từ
vài trăm đến hơn 1 triệu. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do
những tính chất hóa lý của chúng. Tinh bột thường dùng làm chất tạo độ nhớt, độ sánh cho
các thực phẩm dạng lỏng hoặc là tác nhân làm bền keo hoặc nhũ tương như các yếu tố kết
dính và làm đặc tạo độ cứng, độ đàn hồi cho
nhiều loại thực phẩm. Ngoài ra tinh bột còn
nhiều ứng dụng trong dược phẩm, công nghiệp dệt, hóa dầu
Tinh bột bao gồm hai dạng phân tử là amylose và amylopectin. Amylose chiếm
20-30% trong tinh bột tự nhiên, dạng mạch thẳng, có khả năng tạo gel, amylopectin dạng
mạch phân nhánh, không có khả năng tạo gel.
Công thức cấu tạo:
Amylose
Amylopectin
Sự khác biệt giữa amylose và amylopectin không phải luôn luôn rõ nét. Bởi lẽ ở các
phân tử amylose cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh, do đó cũng có những tính chất
giống như amylopectin.
2.2.2 Một số tính chất quan trọng của hạt tinh bột

Tính chất nhớt – dẻo của hồ tinh bột
Phân tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau
làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều phân tử nước hơn khiến cho dung dịch có
độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn. Tính chất này càng thể hiện mạnh mẽ hơn ở
những tinh bột loại nếp.
Khả năng tạo gel và thoái hóa của tinh bột
Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại
một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng 3 chiều. Để tạo được
gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển
tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh. Trong gel
tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hydro tham gia.

Khi gel tinh bột để một thời gian dài thì chúng sẽ co lại và một lượng dịch thể sẽ
tách ra. Quá trình thoái hóa gồm 3 giai đoạn:
Đầu tiên các mạch được uốn thẳng lại.
Vỏ hydrat bị mất và các mạch được định hướng lại.
Các cầu hydro được tạo thành giữa các nhóm -OH của các phân tử tinh bột khác
nhau.
Do các phân tử amylose có mạch thẳng nên định hướng với nhau dễ dàng và tự do
hơn các phân tử amylopectin, vì thế hiện tượng thoái hóa gần như chỉ có liên quan với
các phân tử amylose.
Khả năng tạo màng
Tinh bột có khả năng tạo màng là do amylose và amylopectin dàn phẳng ra, sắp
xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hydro hoặc gián tiếp qua phân tử
nước.
Khả năng tạo sợi
Phương pháp tạo sợi như sau:
Cho dịch tinh bột qua một bản có đục lỗ với đường kính lỗ thích hợp (lớn hơn
1mm). Khi đùn qua các lỗ này, chúng sẽ tự định hướng theo chiều của dòng chảy. Các
phân tử tinh bột có xu hướng kéo căng ra và tự sắp xếp song song với nhau theo phương
của trọng lực.
Các sợi đã hình thành vừa ra khỏi khuôn kéo còn ướt được nhúng ngay vào một bể
đựng nước nóng để định hình nhờ tác dụng của nhiệt. Các phân tử đã được định hướng
trong từng sợi sẽ tương tác với nhau và với nước bằng cầu hydro để hình thành sợi miến.
Các sợi đã hình thành được kéo ra khỏi bể rồi được nhúng tiếp vào bể đựng nước
lạnh để các phân tử liên hợp lại với nhau được chặt hơn và tạo nhiều cầu hydro giữa các
phân tử hơn. Sự kết tinh từng phần sẽ làm tăng độ bền cơ học và sự gắn bó các sợi với
nhau.
Các sợi tiếp đó được gia nhiệt để khử nước cũng như để làm tăng lực cố kết và độ
cứng.
Các sợi được tạo ra từ những tinh bột giàu amylose (đậu xanh, dong, riềng,…)
thường dai hơn, bền hơn sợi làm từ tinh bột giàu amylopectin (ngô, nếp…) bởi vì các

phân tử amylose dài nên tương tác giữa các phân tử dọc theo chiều dài lớn, sợi dai và
chắc, còn các phân tử amylopectin có nhiều mạch nhánh ngắn, lực tương tác giữa các
phân tử yếu hơn nên dễ đứt.
Khả năng phồng nở của tinh bột
Khi tương tác với chất béo dưới tác dụng của nhiệt độ thì tinh bột sẽ tăng thể tích
rất lớn và trở nên rỗng xốp. Đó là do chất béo không phân cực nên xuyên thấm qua các
vật liệu tinh bột, cellulose. Khi nhiệt độ tăng thì các tương tác kỵ nước cũng mạnh nên
chúng có khuynh hướng tụ lại với nhau và xuyên qua các “cửa ải” tinh bột. Đồng thời,
nhiệt làm tinh bột hồ hóa và chín, nhưng không khí cũng như các khí có trong khối bột
không thấm qua lớp màng tinh bột đã tẩm béo nên sẽ giãn nở và làm tinh bột phồng nở.
2.2.3 Tinh bột biến tính:

 Định nghĩa: là tinh bột đã qua các điều kiện gia công nhất định (gia nhiệt, xử lý
bằng kiềm, acid,…làm thay đổi cấu trúc tinh bột ban đầu
 Mục đích: Tinh bột tự nhiên với các tính chất đặc trưng đã và đang được khai
thác
để phục vụ cho nhu cầu sản xuất. Tuy nhiên, khi ngành công nghiệp
thực phẩm mở
rộng với chủng loại sản phẩm đa dạng thì tinh bột tự nhiên cho thấy nó có những hạn chế,
hoặc có những tính chất mặc dù thích hợp cho sản phẩm này nhưng lại bất lợi cho sản
phẩm khác. Trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi 1
dạng tinh bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất định. Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu
amylose lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amylopectin. Có sản phẩm cần dạng
tinh bột có độ hòa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền không bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp. Có
loại cần độ dẻo, độ trong, có loại không mong muốn những tính chất đó. Vì vậy, quá trình
biến tính tinh bột nhằm đáp ứng một số yêu cầu kỹ thuật như tăng độ hòa tan, độ nhớt, độ
dẻo, độ dai chắc, tránh hiện tượng thoái hóa cấu trúc gel tinh bột.
 Phương pháp biến tính tinh bột:
• Phương pháp biến tính vật lý
• Phương pháp biến tính hóa học

• Phương pháp biến tính hóa sinh
• Biến tính bằng cách kết hợp các phương pháp trên
2.2.3.1. Tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý:
Tinh bột hồ hóa sơ bộ (Pregelatinized starch)
Kiểu biến tính hồ hóa trước tạo cho tinh bột khả năng hồ hóa mà không cần nấu.
Sản phẩm được gọi là “pregelatinized starch”, “pregel”, “pre-cooked starch” hay “instant
starch”. Phương pháp này có thể áp dụng cho cả tinh bột tự nhiên và tinh bột đã biến tính
bằng các phương pháp khác.
Nguyên tắc của phương pháp biến tính này là hồ hóa huyền phù tinh bột bằng nhiệt
rồi nhanh chóng sấy khô để trả lại trạng thái bột khô trước khi tinh bột bị thoái hóa. Trong
thực tế, tinh bột được nấu và sấy khô cùng lúc, bằng cách dùng trống sấy, ép đùn
(extrusion) hoặc sấy phun. Trong kỹ thuật sấy bằng trống và ép đùn, hạt tinh bột chịu nhiều
tác động cơ học như nhiệt độ, lực cắt cơ học, áp suất nén cao, và bị thay đổi cấu trúc nhiều.
Ngược lại, trong kỹ thuật sấy phun, huyền phù tinh bột
được hồ hóa và sấy khô đồng thời
nhờ hơi nóng, do đó hạt tinh bột hầu như còn
nguyên vẹn, rất ít bị phá hủy bởi lực cắt
và nhiệt. Sản phẩm này gọi là tinh bột CWS (cold-water swelling starch).
Tinh bột hồ hóa sơ bộ có những tính chất sau:
- Trương nhanh trong nước
- Biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản
- Bền khi ở nhiệt độ thấp
- Có độ đặc và khả năng giữ nước, giữ khí tốt
Do đó người ta thường dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ này trong mọi trường hợp khi cần
độ đặc, giữ nước mà không cần nấu.
Tinh bột xử lý nhiệt (Heat treated starch)
Trong các điều kiện có kiểm soát, hạt tinh bột được xử lý nhiệt và sau đó được
trả về trạng thái hạt ban đầu. Tinh bột sản phẩm không những duy trì được tính chất
hồ hóa đúng mức (cook-up) mà hồ tinh bột còn có độ nhớt và độ bền được cải thiện.
Có 2 loại quá trình xử lý nhiệt, cả hai đều gây ra biến tính vật lý nhưng không hồ hóa

tinh bột, không phá hủy tính nguyên vẹn của hạt, hoặc không làm mất tính lưỡng chiết
(birefringence).
- Quá trình xử lý nhiệt ẩm (heat-moisture treatment): tinh bột được làm ẩm và gia
nhiệt đến quá nhiệt độ hồ hóa, nhưng độ ẩm không đủ để quá trình hồ hóa xảy ra. Tinh bột
xử lý nhiệt ẩm là dạng tinh bột biến tính vật lý lâu đời nhất.
- Quá trình “annealing”: là quá trình gia nhiệt huyền phù tinh bột ở nhiệt
độ dưới nhiệt độ hồ hóa và giữ trong một thời gian xác định.
Các sản phẩm tinh bột xử lý nhiệt này được xem là tinh bột tự nhiên (native) và do
đó chỉ cần ghi trên nhãn là “tinh bột thực phẩm” (“food starch”).
Tinh bột xử lý vi sóng
Phương pháp biến tinh tinh bột bằng vi sóng được xem là một trong những
phương pháp “mới nhất” và “sạch nhất” hiện nay. Phương pháp này đang được nghiên
cứu và hoàn thiện để ứng dụng rộng rãi trong thực tế nhằm thay thế các phương pháp
biến tính hóa học.
Nguyên tắc chung: tác dụng các tia có bước sóng khá ngắn mang năng lượng cao
trong một khoảng thời gian xác định lên khối tinh bột (tinh bột có thể ở dạng khô hay
dạng huyền phù).
Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là ta có thể linh hoạt thay đổi các tia có
bước sóng khác nhau và thời gian thích hợp nhất nhằm thu được tinh bột có những tính
chất như ý muốn: độ nhớt thích hợp, độ bền gel tăng, giảm khả năng thoái hóa, giảm
nhiệt độ hồ hóa,…
Tinh bột xử lý áp suất cao (High pressure treated starch)
Bên cạnh phương pháp biến tính tinh bột bằng vi sóng thì phương pháp xử lý tinh
bột ở áp suất cao cũng được xem là một trong những phương pháp “mới nhất” và “sạch
nhất” hiện nay. Các nhà khoa học đang nghiên cứu những tính chất mới xuất hiện trên
tinh bột sau khi xử lý ở áp suất cao dể ứng dụng chúng trong thực tế.
Tinh bột có thể được xử lý ở dạng hạt khô hay dưới dạng huyền phù.
Bằng cách thay đổi cường độ áp suất, nhiệt độ xử lý và thời gian thích hợp thì tinh
bột sau xử lý sẽ có những tính chất như mong muốn: tinh bột hồ hóa ở nhiệt độ thường và
trong nước lạnh, độ bền gel tăng, khả năng thoái hóa giảm, cải thiện độ trong, cấu trúc,…

Trong bài báo cáo này, chúng ta sẽ nghiên cứu sâu hơn ảnh hưởng của áp suất cao
lên sự thay đổi các tính chất của hạt tinh bột.
2.2.3.2. Tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa học
Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học là quá trình biến tính thông dụng
nhất
hiện nay. Dưới tác động của một lượng nhỏ các tác nhân hóa học được cho
phép sử
dụng, tinh bột bị thay đổi tính chất. Quá trình biến tính hóa học có thể thực hiện ở 3 trạng
thái tinh bột:
- Trạng thái huyền phù (slurry), tinh bột phản ứng với các tác nhân hóa học
trong môi trường nước. Khi phản ứng kết thúc, tinh bột được lọc, rửa và sấy khô.
- Trạng thái sệt (paste), tinh bột được hồ hóa (gelatinize) với tác nhân hóa
học trong điều kiện có ít nước và khuấy trộn liên tục. Khi phản ứng kết thúc, tinh
bột được sấy khô.
- Trạng thái rắn, tinh bột được làm ẩm bằng tác nhân hóa học trong nước, sấy, và
cuối cùng phản ứng ở nhiệt độ cao.
Tinh bột biến tính bằng cách cắt mạch (Degradation, conversion)
Biến tính tinh bột bằng cách cắt mạch sẽ cho các sản phẩm tinh bột chứa các
polymer có khối lượng phân tử thấp và độ nhớt giảm, thích hợp dùng trong các sản phẩm
cần nồng độ chất khô cao như kẹo và các màng bao.
Tinh bột thủy phân bằng acid
Thủy phân acid là phương pháp được ứng dụng trong thương mại đầu tiên, từ những
năm 1900. Acid được cho vào huyền phù tinh bột trong một quá trình được kiểm soát chặt
chẽ, khuấy trộn liên tục trong điều kiện nhiệt độ tăng dần từ nhiệt độ
môi trường (25
o
C)
đến nhiệt độ hơi thấp hơn nhiệt độ trương nở của tinh bột
(khoảng 55
o

C) cho đến khi
đạt được mức độ thủy phân cần thiết. Chất phản ứng thường dùng là acid hypochloride
hoặc acid sulfuric.
Đây là quá trình thủy phân các liên kết α-1,4 và α-1,6-glucoside của tinh bột có
acid xúc tác. Sự thủy phân xảy ra ở các vùng vô định hình của hạt tinh bột, làm
giảm độ dài mạch polymer, cấu trúc hạt yếu đi nhưng hình dạng hạt tinh bột không
thay đổi.
Mục đích chính của quá trình thủy phân tinh bột là làm giảm độ nhớt khi nóng của
hồ tinh bột (hot viscosity) để dùng trong các sản phẩm cần nồng độ tinh bột cao mà không
bị đông đặc, khi làm nguội mới tạo thành gel có độ cứng cao. Sản phẩm được gọi là tinh bột
“thin-boiling” hay “acid-thinned”.
Tinh bột oxi hóa và tinh bột được tẩy màu (bleaching)
Tinh bột có thể được biến tính bằng cách sử dụng các tác nhân oxi hóa trong
những điều kiện có kiểm soát. Tùy thuộc vào loại tác nhân oxi hóa và liều lượng sử
dụng mà kiểu biến tính này được phân làm 2 dạng: oxi hóa và tẩy màu (bleaching).
-
Quá trình tẩy màu (bleaching): các tác nhân được phép sử dụng bao
gồm
hydrogen peroxide
(H
2
O
2
), ammonium persulfate, sodium hoặc calcium
hypochlorite,
potassium permanganate (KMnO
4
), và sodium chlorite. Mục đích của quá trình này là tẩy
màu nhằm làm tăng độ trắng của tinh bột, bằng cách oxi hóa các hợp chất như carotene,
xanthophyll và các sắc tố khác. Mặc dù mức độ xử lý thấp

nhưng một số nhóm hydroxyl
của tinh bột cũng bị oxi hóa tạo thành các nhóm
carboxyl với tỷ lệ các nhóm carboxyl
tạo thành không quá 0,1% trên tổng chất khô của sản phẩm.
Tinh bột tẩy màu có các tính chất gần giống như tinh bột nguyên liệu ban đầu, nhưng
có chỉ số vi sinh thấp hơn do tác dụng của các chất oxi hóa sử dụng.
- Quá trình oxi hóa (oxidization): chỉ có sodium hypochlorite được phép
sử dụng
nhưng lượng sử dụng cho phép cao hơn nhiều so với quá trình tẩy. Quá
trình này bao
gồm 2 tác động xảy ra đồng thời: gắn các nhóm carboxyl (COOH) và carbonyl (C = O) lên
mạch và depolymer hóa một phần các mạch tinh bột. Sự oxi hóa thường xảy ra ở các
carbon 2, 3, và 6 của đơn vị D-glucose của mạch tinh bột.
Người ta cho rằng khoảng 25%
lượng tác nhân oxi hóa được dùng để cắt mạch
carbon, trong khi 75% lượng tác nhân
còn lại dùng để oxi hóa các nhóm hydroxyl (Fleche, G. 1985).
Tinh bột oxi hóa có độ nhớt thấp, độ trong cao và bền ở nhiệt độ thấp. Giống như
tinh bột thủy phân acid, hồ tinh bột oxi hóa khi nóng cũng có độ nhớt thấp do
quá trình
cắt mạch tinh bột. Tuy nhiên, sự chiếm chỗ trong không gian của các
nhóm carboxyl và
carbonyl cản trở các mạch tinh bột ngắn tiến lại gần và tái kết hợp với nhau, do đó gel tạo
thành mềm.
Tinh bột biến tính bằng cách làm bền hóa hoặc gắn thêm nhóm thế
(Stabilization, substitution)
Tinh bột tự nhiên sau khi hồ hóa thường có xu hướng tạo thành các gel cứng do sự
tái sắp xếp và kết hợp của các phân tử amylose và tách nước (hiện tượng thoái hóa). Để hạn
chế hiện tượng này, các nhóm hydroxyl trong phân tử tinh bột sẽ được làm bền bằng cách
liên kết với những nhóm chức hóa học cồng kềnh. Chúng sắp xếp dọc theo mạch polymer

tinh bột, chiếm chỗ trong không gian phân tử và cản trở các mạch polymer tái kết hợp với
nhau. Tinh bột biến tính bằng cách này thích hợp dùng trong các sản phẩm thực phẩm cần
làm lạnh hoặc lạnh đông.
Hiệu quả của quá trình bền hóa tinh bột phụ thuộc vào số lượng và bản chất
của
nhóm thế. Mức độ thế DS là đại lượng đo số nhóm thế trên 100 đơn vị
anhydroglucose. Các tinh bột có DS thấp (DS < 0,2 tương ứng 2 nhóm thế trên 10 đơn vị
glucose) là những tinh bột thương mại quan trọng. Khi độ DS tăng, tương tác giữa các mạch
polymer trong hạt tinh bột giảm, do đó quá trình trương nở và hồ hóa tinh bột xảy ra ở nhiệt
độ thấp hơn.
2.2.3.3 Tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa sinh
Thủy phân tinh bột bằng các enzyme chọn lọc là một quá trình biến tính tinh bột
bằng phương pháp hóa sinh. Tùy thuộc vào mức độ thủy phân mà tạo thành một
hỗn hợp
với các sản phẩm có độ dài mạch khác nhau như glucose (dextrose),
maltose,
oligosaccharide, polysaccharide. Sản phẩm có phân tử lượng càng nhỏ thì độ ngọt càng cao
và chỉ số DE - số đương lượng đường khử (dextrose equivalent) càng cao, với chỉ số DE
100 tương ứng với dextrose tinh khiết và DE 0 tương ứng với tinh bột tự nhiên.
Tinh bột xử lý bằng enzyme amylase
- α-amylase: là một endoenzyme, có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glycoside
trên mạch tinh bột và tạo ra các sản phẩm có mạch ngắn dần, không thủy phân được liên kết
α-1,6 trên mạch amylopectin, và cũng không phân cắt đuợc các liên kết α-1,4 ở gần điểm
phân nhánh. Khi thủy phân, độ nhớt của dịch tinh bột bị giảm nhanh chóng, do đó quá
trình thủy phân tinh bột bằng α-amylase còn gọi là quá trình dịch hóa.
- β-amylase: là exoenzyme, có khả năng thủy phân tinh bột chậm chạp
nhưng sâu
sắc. Nó tấn công từ đầu không khử của các mạch tinh bột và giải phóng ra từng đơn vị
maltose bằng cách thủy phân các liên kết α-1,4. Phản ứng dừng lại khi đến điểm phân
nhánh α-1,6 hoặc trước khi đến điểm phân nhánh nếu không còn

đủ số lượng đơn vị
glucose để phản ứng. Sản phẩm là đường maltose và các β-dextrin giới hạn, vì
polysaccharide này không bị phân cắt nữa.
- Glucoamylase: là endoenzyme, phản ứng cắt từng đơn vị glucose từ đầu không khử
của mạch tinh bột, có khả năng thủy phân cả liên kết α-1,4 và α-1,6 glycoside, và quá trình
thủy phân liên kết α-1,4 xảy ra nhanh hơn. Nếu thời gian phản ứng đủ lâu, cuối cùng toàn
bộ phân tử tinh bột sẽ được thủy phân hoàn toàn thành glucose, bất kể mức độ phân
nhánh của các phân tử tinh bột.
Tinh bột xử lý bằng các enzyme cắt mạch nhánh (Debranching enzyme)
- Các enzyme cắt mạch nhánh (debranching enzyme): các enzyme này thủy
phân chọn lọc các liên kết α-1,6-glycoside. Có 2 enzyme loại này thường được sử
dụng là isoamylase và pullulanase, trong công nghiệp thường được thu nhận từ vi khuẩn.
- Cyclodextrin glycosyltransferase (CDGTase): enzyme này có thể tác động trên
mạch tinh bột hay tinh bột đã biến tính, sản phẩm tạo thành là các mạch vòng chứa các
đơn vị glucose liên kết nhau bởi các liên kết α-1,4. Enzyme này cắt các liên kết trong mạch
tinh bột để tạo thành mạch thẳng chứa các đơn vị glucose, sau đó nối 2 đầu mạch lại tại
thành cấu trúc vòng. CDGTase từ vi khuẩn được sử dụng để sản xuất các cyclodextrin
chứa 6 (α-cyclodextrin), 7 (β-cyclodextrin) hoặc 8 (γ-yclodextrin) gốc glucose.
2.2.3.4 Tinh bột biến tính bằng cách kết hợp nhiều phương pháp
Do sự phát triển ngày càng lớn mạnh của ngành công nghệ thực phẩm và yêu cầu
ngày càng cao của các sản phẩm thực phẩm, tinh bột biến tính tạo ra phải đáp ứng tất cả các
yêu cầu và mục đích công nghệ. Chính vì lẽ đó, việc kết hợp nhiều phương pháp xử lý tinh
bột là hết sức cần thiết.
Nguyên tắc chung là lần lượt kết hợp các phương pháp vật lý, hóa học hay hóa sinh
xử lý tinh bột để đạt được mục đích công nghệ như mong muốn.
Ví dụ như khi ta cần một sản phẩm tinh bột có thể hồ hóa ở nhiệt độ thường đồng thời
có độ nhớt thấp và giảm mức độ thoái hóa xuống thấp nhất thi sẽ kết hợp xử lý nhiệt, áp suất
cao và dùng các hợp chất thích hợp để tạo liên kết ngang.
Loại tinh bột này ngày càng phổ biến và được ứng dụng rộng rãi hơn do những tính
chất ưu việt của chúng.

2.2.4 Ứng dụng của tinh bột biến tính
Tinh bột hồ hóa trước được dùng trong chế biến các thực phẩm ăn liền như bánh
pudding ăn liền, trong sản xuất bánh kẹo, soup, cream, các món tráng miệng ăn liền và
trong các ngành công nghiệp khác như khoan giếng dầu nhằm giữ cho dung dịch khoan
một lượng nước cần thiết.
Tinh bột thủy phân acid đặc biệt hữu dụng trong công nghệ sản xuất kẹo cần quá
trình tạo gel. Các loại kẹo chứa tinh bột acid hóa thường mềm, cấutrúc dạng jelly, mềm
dẻo nhưng bền. Tinh bột acid hóa cũng được dùng trong công nghiệp dệt để hồ sợi, làm cho
sợi có độ bền và chịu được mài mòn. Trong sản xuất giấy, nó
được dùng để làm bóng
giấy, giảm trầy xước và tăng chất lượng in của giấy.
Dextrin có độ nhớt tương đối thấp, khả năng tạo màng tốt, một số loại có độ hòa tan
trong nước cao, nên được dùng làm lớp phủ ngoài (coating) của các sản phẩm thực phẩm
và có thể thay thế nhiều loại gum đắt tiền. Một số dextrin đặc biệt có độ nhớt
cao được
dùng làm chất thay thế cho chất béo (fat replacer) trong các sản phẩm bánh và sữa.
Tinh bột tẩy màu thường dùng trong sản xuất thuốc. Tinh bột oxi hóa được sử dụng
để hồ bề mặt trong sản xuất giấy, hồ sợi trong công nghiệp dệt. Trong thực phẩm, tinh bột
oxi hóa thường được dùng trong bột nhào và bánh mì để bao bọc các nguyên liệu khác như
thịt, cá, rau. Nó tạo cho bột nhào có độ kết dính tốt và tạo cấu trúc giòn cho sản phẩm khi
chiên.
Hình 2.1. Ứng dụng của tinh bột biến tính trong thực tế.
Tinh bột acetate được sử dụng để hồ vải, sản xuất chỉ dai và mềm dẻo. Trong thực
phẩm, tinh bột acetate thường dùng làm chất làm đặc và chất ổn định cho nhiều
sản phẩm,
bao gồm cả các sản phẩm cần bảo quản lạnh và lạnh đông. Tinh bột
acetate thương
mại thường không bền khi đông lạnh và rã đông như tinh bột hydroxypropylate.
Tinh bột octenylsuccinate được sử dụng làm chất ổn định trong các sản phẩm thực
phẩm như các loại đồ uống và các loại nước xốt (salad dressing), làm tác nhân giữ mùi.

Tinh bột octenylsuccinate có ái lực với các chất béo và dầu nên được dùng để thay thế cho
gum arabic trong các hệ chất ổn định nhũ tương. Đây là ứng dụng quan trọng của tinh bột
octenylsuccinate và là đặc điểm ưu việt của nó so với các tinh bột biến tính khác.
Hồ tinh bột phosphate có độ trong tốt, bền ở nhiệt độ thấp và có tính nhũ hóa. Tinh
bột này thường được dùng để làm nước xốt do có khả năng cải thiện độ bền của hệ nhũ
tương dầu và giấm. Tinh bột hydroxypropylate được dùng trong các sản phẩm cần nhiệt độ
thấp hoặc các sản phẩm lạnh đông.
Tinh bột biến tính bằng cách tạo liên kết ngang được sử dụng nhiều trong công
nghiệp thực phẩm trong các sản phẩm mà quy trình sản xuất đòi hỏi nhiệt độ, pH và sự
khuấy trộn. Trong y học, tinh bột liên kết ngang với mức độ cao được dùng để pha chế
bột sát trùng trong phẫu thuật vì không bị trương lên khi thanh trùng bằng hơi nóng. Tinh
bột liên kết ngang còn là thành phần của dung dịch sét để khoang dầu mỏ, thành phần của
sơn, gốm, làm chất kết dính cho các viên than, làm chất mang các chất điện ly trong pin
khô.
Tinh bột biến tính bằng phương pháp xử lý vi sóng hay áp suất cao là những sản
phẩm mới còn đang được nghiên cứu và hoàn thiện từng bước nên việc ứng dụng trong
thực tế hầu như chưa có. Nhưng với những tính chất ưu việt đã được nêu ra mà đặc biệt là
chúng được xem là “sạch”, sau biến tính thi không khác gì so với tinh bột thường nên
việc ứng dụng rộng rãi loại tinh bột này trong tương lai gần sẽ không còn gì trở ngại.
Tinh bột biến tính bằng cách kết hợp nhiều phương pháp với nhau ngày càng thể
hiện được những tính năng công nghệ đặc thù nên việc ứng dụng trong thực tế dễ dàng và
phổ biến hơn. Với những ngành yêu cầu độ tinh sạch và tính năng công nghệ cao như
thực phẩm, y dược… tinh bột này là sự lựa chọn thích hợp nhất.
2.3 Caseinate:
2.3.1 Định nghĩa và nguồn gốc:
Caseinat là hỗn hợp muối của α
s1
, α
s2
, β và κ-casein , được sử dụng rộng rãi trong

sản xuất các nhũ tương thực phẩm, chủ yếu trong sản xuất các sản phẩm có liên quan đến
sữa.
Nó được sản xuất bằng cách acide hóa toàn bộ casein có trong sữa đến pH 4,6 rồi
sau đó điều chỉnh pH đến 6 – 7 để thu được huyền phù đem thanh trùng và sấy phun.
Quá trình xử lí như vậy sẽ loại bỏ hầu hết canxi photphat keo có trong casein sữa.
2.3.2 Tính chất:
Caseinat có tính tạo nhũ. Tính chất nhũ hóa tốt của natri caseinat có thể là do vai
trò của từng casein κ-casein, đặc biệt là α
s1
và κ-casein (Dickinson và Golding, 1998).
Các casein này có khả năng làm giảm sức căng bề mặt dị thể trong khi nhũ hóa và bảo vệ
các hạt dầu nhỏ mới được hình thành khỏi kết tụ hoặc liên hợp trở lại bằng sự kết hợp của
lực đẩy không gian và lực đẩy tĩnh điện (Dickinson v_ Davies, 1999).
Chú ý khi sử dụng phụ gia này:
2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất công nghệ:
Các nhũ tương được sản xuất từ casein này lại bị kết tụ rất nhanh khi có mặt của
ion canxi.
Sở dĩ xảy ra như vậy là do sự có mặt của các phosphoseryl trên phân tử α
s1
và k-casein,
các casein này có xu hướng liên kết mạnh mẽ với các ion canxi (Dickinson và Davies,
1999; Ye và Singh, 2001). Sự liên kết của các ion canxi với các casein làm giảm lực đẩy
tĩnh điện dẫn đến sự hình thành các kết tụ. Sự thay đổi trạng thái kết tụ của casein như
vậy sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của nó trên bề mặt dị thể dầu/nước và độ bền của
nhũ tương (Ye và Singh, 2001). Mật độ điện tích trên bề mặt của hạt dầu giảm cũng gây
ra sự đứt gãy của các lớp protein đã được hấp thụ xung quanh hạt dầu, và vì vậy làm
giảm độ bền không gian (Dickinson v_ Davies, 1999).
Theo Mitidieri và Wagner (2002), protein có khả năng tạo và làm bền nhũ tương
phụ thuộc vào hai yếu tố:
+ Đú khả năng làm giảm sức căng bề mặt dị thể

+ Và khả năng tạo một lớp màng mà nó sinh ra lực đẩy mạnh giữa các hạt
do kết hợp sự tương tác tĩnh điện và không gian. Lớp màng này chịu được sự đứt gãy do
nó có độ nhớt đàn hồi cao.
2.4 Gluten:
2.4.1 Nguồn gốc và cấu tạo:
Gluten là sản phẩm được phân lập từ bột lúa mì sau khi đã tách tinh bột dưới tác
động của nước. Gluten còn có tên gọi một cách dễ hiểu là Protein.
Gluten thu nhận sau quá trình rửa khối bột nhào gọi là gluten ướt. Hàm lượng
nước trong gluten ướt là 65-75%. Gluten ướt có tính dẻo, dai, đàn hồi và cũng có khả
năng tạo màng.
Chất này hoặc có dạng lỏng ít nhiều sánh hoặc bột nhão, có màu trăng trắng
(gluten ẩm) hoặc có dạng bột màu kem (gluten khô).
Gluten có cấu trúc bậc 4 phức tạp.
Thành phần các chất trong gluten :
90% protein.
8% lipid.
Tro và carbohyrate
Gluten không tan trong nước nhưng nó có khả năng hút một lượng nước gấp hai
lần khối lượng chất khô của nó và tạo thành một khối có tính đàn hồi cao.
Gluten của bột mì thượng hạng thì có độ đàn hồi tốt và chịu độ kéo vừa phải.
Hình 1.6 : Gluten ướt.
Chất lượng gluten được đánh giá theo bảng sau :
Bảng 1.2 : Các chỉ số đánh giá chất lượng gluten. [1]
Phân loại
Chỉ tiêu
Gluten ướt chất lượng tốt
Gluten ướt chất lượng
xấu
Mạnh
Trung

bình
Yếu
Cảm quan Đồng nhất, mềm mại, trắng ngà Xám, không mịn
Độ đàn hồi Tốt
Trung
bình
Ít Kém
Độ căng Cao
Trung
bình
Trung
bình
Thấp
Độ giãn
Trung
bình
Trung
bình
Lớn Lớn
Gluten là một protein của bột mì. Nó được cấu tạo chủ yếu từ hai loại protein là gliadin
và glutenin với tỉ lệ tương đương nhau. Gliadin và glutenin chiếm từ 85-95% protein
trong gluten. Chính hai loại protein này tạo nên tính chất đàn hồi và mềm dẻo đặc trưng
cho gluten bột mì.
Gliadin phân thành bốn loại : α, β, γ, ω.
Glutenin phân thành hai loại : glutenin mạch dài và glutenin mạch ngắn.
Các thành phần gluten được thể hiện qua hình sau :
Hình 1.4: Thành phần hóa học của gluten.
2.4.2 Tính chất công nghệ :
Khi ta nhào trộn bột với nước thì gliadin và glutenin sẽ hút nước trương nở tạo
thành một cấu trúc mạng có tính chất dai, dẻo và đàn hồi rất đặc trưng. Đó chính là cấu

trúc mạng gluten.
Hình 1.5 : Sự hình thành cấu trúc gluten
Trong đó glutenin tạo tính đàn hồi và lực căng đứt lớn, còn gliadin tạo độ dính và chảy.
Theo mô hình nghiên cứu về sự hình thành gluten (Belton, 1999 và Wang, 2003),
thì glutenin mạch dài sẽ kết hợp với nhau bằng liên kết disulfure. Dưới tác động cơ học,
liên kết disulfure và liên kết hydro sẽ nối vào nhau. Kết quả tạo nên một hợp chất cao
phân tử. Sự liên kết của các cấu trúc đơn vị có thể xảy ra bằng liên kết chuỗi hydro.
Gluten kết tụ dạng sợi to có kích thước đường kính cỡ micromet, có thể quan sát dưới
kính hiển vi.
Tuy nhiên trong một nghiên cứu gần đây, Xu (2003) lại cho rằng gliadin cũng là
thành phần quan trọng tạo nên đặc tính đặc biệt của gluten. Cụ thể là ở hàm lượng nhỏ
hơn 250mg/ml dịch huyền phù thì gliadin hầu như chỉ có tính dẻo, nhưng ở hàm lượng
trên 300mg/ml thì gliadin có tính chất dẻo, dính và đàn hồi. Do đó mà gliadin là một
thành phần quan trọng tạo nên tính chất đặc biệt cho gluten
Chính 2 loại protein này đã làm nên nét đặc trưng cho gluten lúa mì và khi được
hỗn hợp với một tỉ lệ thích hợp và với nước, nhờ có hai loại protein này mà gluten có
những khả năng đàn hồi và mềm dẻo rất riêng biệt.
Gluten có khả năng hút nước và trương nở mạnh, cho độ kết dính cao nên nó được
sử dụng để hỗ trở việc tạo gel, làm cho sản phẩm có tính dai, đàn hồi và mềm mại cho
sản phẩm.
Gluten được sử dụng như chất kết dính, hỗ trợ tạo gel trong một số sản phẩm chế
biến từ thịt như hamburger, đồ hộp thịt
Ngoài ra, gluten còn được sử dụng để làm giầu vitamin.
2.4 Gelatin:
2.4.1 Định nghĩa, nguồn gốc và cấu tạo:

Định nghĩa :
Hiện nay, có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gelatin:
Theo dược điển của Mỹ (American Pharmacopoeia-USP 29-NF 24, 2006): gelatin là sản
phẩm thu được bởi sự thủy phân một phần collagen có nguồn gốc từ da, mô liên kết hoặc

xương của động vật.
Theo dược điển châu Âu (European Pharmacopoeia 5, 2005) : gelatin là một loại protein
tinh chế, thu được bởi sự thủy phân một phần collagen bằng phương pháp acid (gelatin
loại A), kiềm (gelatin loại B) hoặc ezyme.
Theo “ Food Chemical Codex 5
th
, 2003” : gelatin là sản phẩm thu được bằng phương
pháp thủy phân kiềm, acid hoặc ezyme collagen-thành phần chính của da, xương và mô
liên kết ở động vật.
Nguồn gốc :
Nguyên liệu để sản xuất gelatin bao gồm:
 Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật có vú: da và xương động vật là
nguồn nguyên liệu đầu tiên để sản xuất gelatin thương mại. Hiện nay nguồn nguyên liệu
này vẫn đóng vai trò chính của ngành công nghiệp sản xuất gelatin (H.2.1).
Da heo: có thể sử dụng ở dạng tươi, đông lạnh để sản xuất gelatin. Da heo được cung cấp
bởi các nhà sản xuất thịt.
Da chưa thuộc: trong công nghiệp chế biến da, da chưa thuộc được bảo quản bằng muối
hoặc canxi hydroxit để giữ trạng thái tươi cho đến khi chúng được sử dụng trong quy
trình sản xuất gelatin.
Mẩu xương: trong quy trình sản xuất thịt thì xương là sản phẩm phụ và được sử dụng để
sản xuất gelatin. Tuy nhiên trước khi được sử dụng nó phải trải qua quá trình tiền xử lý
nghiêm ngặt. Bước đầu tiên là xương được cắt ra thành từng khúc dài khoảng từ 5
÷
10mm. Sau đó là công đoạn xử lý tẩy nhớt bằng nước nóng, sấy khô và phân loại. Các
mẩu xương này sẽ được lưu trữ trong các silo cho đến khi được đưa vào sử dụng.
Ossein: là các mẫu xương qua quá trình khử khoáng. Quá trình khử khoáng sử dụng acid
HCl loãng được tiến hành ở nhiệt độ thấp trong vài ngày sử dụng dòng chảy ngược để
loại khỏi xương các phần chứa phosphate.
 Nguyên liệu có nguồn gốc từ cá: da cá và bong bóng cá gần đây được quan
tâm để sản xuất gelatin. Mặc dù chất lượng gelatin thu được từ nguồn nguyên liệu này là

chưa ổn định nhưng đây là nguồn nguyên liệu giàu tiềm năng trong tương lai.
Hiện nay có khoảng 27 loại collagen đã được xác định.
 Collagen loại I: trong da và xương.
 Collagen loại II: trong sụn, thủy tinh thể của mắt.
 Collagen loại III: trong thành mạch máu.
 Collagen loại IV: có trong chất nền của màng ở các cơ quan trong cơ thể.
 Collagen loại V: có trong dây chằng, giác mạc, kẽ hở giữa các mô.
 Collagen loại VI: có trong gan, thận, màng sụn.
 Collagen loại VII: có trong sự nối liền của da và biểu bì.
 Collagen loại VIII: có trong tế bào màng trong.
 Collagen loại IX: có trong sụn.
 Collagen loại X: có trong sụn bị khoáng hoá và phình to.
 Collagen loại XI: có trong sụn.
 Collagen loại XII: có trong dây chằng, sợi liên kết collagen.
 Collagen loại XIII: có trong biểu bì, nang tóc, tế bào gốc của móng.
 Collagen loại XIV: có trong sợi liên kết collagen.
 Collagen loại XV: có trong nhiều mô khác nhau, tương đồng với collagen
loại XVII.
 Collagen loại XVI: còn đang được nghiên cứu.
 Collagen loại XVII: có trong da.
 Collagen loại XVIII: có trong gan.
 Collagen loại XIX: có trong mắt, não, tinh hoàn, mô trong thời kỳ đầu phát
triển.
 Collagen loại XX-XXVII: còn đang được nghiên cứu.
90% collagen trong cơ thể người và động vật là collagen loại I, II, III. Collagen loại
I là phổ biến nhất và thường ở trong các mô liên kết như da, xương, gân. Collagen loại II
hầu như tồn tại ở các mô sụn. Collagen loại III lại phụ thuộc rất lớn vào độ tuổi của động
vật, da heo còn trẻ chứa tới 50%, theo thời gian tỷ lệ này giảm 5
÷
10%. Những loại

colagen khác chỉ hiện diện với lượng rất nhỏ và chỉ ở một vài cơ quan đặc biệt.
Cấu trúc cơ bản của collagen loại I (loại collagen được sử dụng trong sản xuất
gelatin) gồm 1014 amino acid và chúng liên kết với nhau hình thành nên chuỗi với khối
lượng phân tử vào khoảng 100000g/mol. Chuỗi này được gọi là chuỗi alpha gồm 334 đơn
vị lặp lại của chuỗi Gly-X-Y (H.1.2). Chỉ tại điểm kết thúc N-, C- chuỗi ngắn gồm 15
÷
26 amino acid không tuân theo cấu trúc này.
Glycine chiếm khoảng 33% các amino acid, proline và hydroxyproline chiếm
khoảng 22%. Proline thường xuất hiện ở vị trí X và hydroxyproline hầu như luôn xuất
hiện ở vị trí Y. Và 45% các amino acid còn lại sẽ kết hợp với các amino acid này tạo nên
mạng không gian và tính chất tĩnh điện cho collagen.
Proline và hydroxyproline liên quan tới cấu trúc bậc 2 của collagen. Những amino
acid này giúp giới hạn sự quay của bộ khung polypeptide do đó góp phần tạo nên sự bền
vững cho cấu trúc xoắn ốc bậc 3. Nhóm hydroxyl của hydroxylproline đóng vai trò quan
trọng trong sự bền vững cấu trúc xoắn ốc bậc 3 của collagen. Polypeptide của collagen
mà thiếu hydroxylproline sẽ tạo nên cấu trúc gấp khúc ở nhiệt độ thấp và sẽ không bền
vững ở nhiệt độ thân nhiệt.
Kỹ thuật biến đổi collagen tạo gelatin là từng bước phá hủy cấu trúc các thành
phần để thu được dẫn xuất hòa tan gelatin.
Phương pháp sản xuất :

Hiện nay có hai quy trình khác nhau được sử dụng để sản xuất gelatin theo quy mô
công nghiệp, hai quy trình này khác nhau về phương thức sử dụng để phân tách mối liên
kết collagen. Quy trình được sử dụng sẽ ảnh hưởng đến những đặc tính chính của sản
phẩm gelatin thu được. Nhìn chung quá trình sản xuất gelatin sẽ bao gồm các bước cơ
bản sau:
 Tiền xử lý nguyên liệu thô.
 Trích ly.
 Tinh sạch.
 Cô đặc.

 Sấy.
 Nghiền, sàng, trộn.
Cấu tạo gelatin:

Cấu trúc phân tử gelatin gồm có 18 amino acid liên kết với nhau theo một trật tự
xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 1000 đơn vị, hình thành nên
cấu trúc bậc 1 (B.1.1). Chiều dài chuỗi peptide phụ thuộc nguồn nguyên liệu và chuỗi có
một đầu là nhóm amino, một đầu là nhóm carboxyl. Cấu trúc thường gặp của gelatin là
Gly – X – Y (với X chủ yếu là nhóm proline còn Y chủ yếu là nhóm hydroxyproline)
(H.1.5).
Cứ 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc tạo nên cấu trúc bậc 2. Ở cấu
trúc bậc 3, chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó, tạo nên cấu trúc phân tử dạng dây thừng, gọi
là “proto fibril”.
Trong phân tử gelatine có một số nhóm tích điện: carboxyl, imidazole, amino,
guanidino. Tỷ lệ các nhóm này ảnh hưởng đến pH và pI của gelatin. Ngoài ra số lượng
nhóm không mang điện tích như các nhóm hydroxyl (serine, threonine, hydroxyproline,
hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptide (-CO-NH-) quy định khả năng tạo liên kết
hydro, quy định cấu trúc phân tử.
Bảng : Thành phần phần trăm các amino acid của mẫu gelatin tinh khiết [54]
Thành phần Phần trăm
Alanine 11,3
Arginine* 9,0
Aspartic acid 6,7
Glutamic acid 11,6
Glycine 27,2
Histidine* 0,7
Proline 15,2
Hydroxyproline 13,3
Hydroxylysine 0,8
Isoleucine* 1,6

Leucine* 3,5
Lysine* 4,4
Methionine* 0,6
Phenylalanine* 2,5
Serine 3,7
Threonine* 2,4
Trytophan* 0
Tyrosine 0,2
Valine* 2,8
*Amino acid không thay thế.
Hình: Cấu trúc Gly – X – Y thường gặp của gelatin
Phân loại:
Có rất nhiều cách để phân loại gelatin tùy thuộc vào phương pháp sản xuất,
nguyên liệu, đặc tính sản phẩm… Sau đây là vài cách phân loại cơ bản:
Phân loại dựa theo nguồn gốc nguyên liệu
Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu để sản xuất ra gelatin, người ta chia gelatin thành
hai loại:
 Gelatin động vật: là gelatin sản xuất từ da, xương, gân động vật có vú.
 Gelatin cá: gelatin sản xuất từ da các loại cá như cá tuyết, cá trắm cỏ…
Phân loại dựa theo phương pháp sản xuất
Dựa vào phương pháp sản xuất ra gelatin, người ta chia gelatin thành hai loại:
 Gelatin loại A: quá trình sản xuất xử lý bằng acid, dùng khi sản xuất gelatin
đi từ da heo.
 Gelatin loại B: quá trình sản xuất xử lý bằng kiềm, dùng khi sản xuất
gelatin đi từ da bò và xương gia súc.
Phân loại dựa vào hình dáng bên ngoài
Dựa vào hình dáng bên ngoài, người ta chia gelatin thành hai loại:
 Gelatin dạng hạt
Hình 1.1 Gelatin dạng hạt
 Gelatin dạng tấm

Hình 1.2 Gelatin dạng tấm
Một số cách phân loại khác.
 Gelatin hòa tan trong nước lạnh.
Loại gelatin này được sản xuất bằng cách sử dụng công đoạn sấy phun hoặc sấy
thùng quay. Theo cách này gelatin có thể được sấy có kèm theo phụ gia hoặc không. Cấu
trúc vô định hình thu được khi quá trình tạo gel diễn ra trong lúc sấy.
Cấu trúc vô định hình của gelatin loại này cho phép nó trương nở rất nhanh và rất
mạnh. Mạng phân tử ba chiều của nó liên kết lỏng lẻo, sự sắp xếp của các phân tử là hoàn
toàn ngẫu nhiên, lực liên kết giữa các phân tử cũng như lực liên kết nội phân tử rất yếu
nên nước có thể dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc phân tử với một lượng lớn nhất có thể và
tạo thành cấu trúc tương tự gel.
Về tính chất lưu biến học, gel của gelatin dạng này tương tự như gel của các dạng
gelatin khác nhưng động học của quá trình tạo gel lại khác biệt. Trong khi gel gelatin loại
này đạt được 90% độ chắc của nó sau 30 phút thì gel của gelatin thông thường yêu cầu
nhiều thời gian hơn. Thêm vào đó, gel của gelatin thông thường có độ chắc cao hơn ngay
cả khi tương tự về nồng độ và chất lượng gelatin sử dụng. Để tránh sự tạo tảng và đảm
bảo sự đồng nhất thì tỉ lệ hòa tan nên dùng là 1:5
÷
1:7.
 Gelatin thủy phân.
Gelatin mất khả năng tạo gel khi bị thủy phân thành các polypeptid mạch ngắn.
Các sản phẩm thủy phân này được tạo ra bằng cách sử dụng enzym thực hiện quá trình
thủy phân, sau đó tiệt trùng, cô đặc và cuối cùng là sấy phun. Toàn bộ thành phần vẫn
giống thành phần của gelatin ban đầu (89
÷
93% protein, 2% tro và 5
÷
9% ẩm). Gelatin
thủy phân không có vị đắng, độ nhớt 20
÷

50mPa.s ở nồng độ dung dịch 35% ở 35
o
C, khối
lượng phân tử dao động từ 3000
÷
20000đvC do đó mà gelatin thủy phân được ứng dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
 Gelatin biến tính bằng phương pháp hóa học.
Các nhóm amino-, carboxyl-, hydroxyl- trong các amino acid của gelatin có thể
phản ứng với các chất hóa học để làm biến đổi các đặc tính hóa học và vật lý của gelatin.
Gelatin biến tính loại này được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực nhiếp ảnh và mỹ phẩm,
việc sử dụng chúng trong lĩnh vực thực phẩm và y dược hiện đang bị cấm.
2.4.2 Tính chất:

Khi gelatin được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, các đặc tính
kỹ thuật của gelatin là yếu tố được quan tâm hàng đầu. Các đặc tính này ảnh hưởng tới
chất lượng sản phẩm, khả năng ứng dụng của gelatin vào các loại sản phẩm khác nhau.
Vì vậy cần phải nghiên cứu đầy đủ, sâu sắc các đặc tính kỹ thuật của gelatin nhằm nâng
cao khả năng ứng dụng của gelatin.
Điểm đẳng điện:
Giống như các loại protein khác, gelatin có thể xem là acid hay base, điều này phụ
thuộc vào giá trị pH. Trong dung dịch acid, gelatin mang tính dương, còn trong dung dịch
base, gelatin mang tính âm. Tại điểm trung gian, khi gelatin không chuyển động trong
điện trường thì xem là điểm đẳng điện.
Hình: Đặc tính
lưỡng tính của
gelatin trong
dung dịch
Điểm đẳng
điện của dung

dịch gelatin phụ
thuộc vào:
+ Nguồn
nguyên liệu:
gelatin có nguồn
gốc từ ossein thì IEP trong khoảng 6,5
÷
7,5; từ da heo thì IEP trong khoảng 7,5
÷
9,0.
+ Phươnng pháp sản xuất: gelatin được sản xuất bằng phương pháp acid có IEP
trong khoảng 6,5
÷
9,0. Gelatin được sản xuất bằng phương pháp kiềm có IEP trong
khoảng 4,8
÷
5,2. Sự khác nhau này là do các phản ứng làm phá vỡ các liên kết trong quá
trình sản xuất. Quá trình xử lí bằng kiềm đã cắt đứt hầu hết các liên kết và chỉ còn một tỉ
lệ nhỏ các nhóm amin.
Giá trị IEP và sự phân bố khối lượng phân tử sẽ có ảnh hưởng đến độ nhớt, độ bền
gel của dung dịch gelatin… và từ đó quyết định đến khả năng ứng dụng của gelatin trong
các lĩnh vực khác nhau.
Sự phân bố khối lượng của Gelatin:
Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin có thể được xác định bằng phương pháp
sắc ký lọc gel (GPC), điện di gel polyacrymide và sắc ký lỏng cao áp (HPLC).
Sự phân bố khối lượng của gelatin liên quan tới chuỗi
α
và các oligomer của nó bắt
nguồn từ việc bẻ gãy các mối liên kết của collagen (B.3.1).
Bảng 3.1 Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin [72]

Phân đoạn phân tử Các đặc điểm chính
Q Có khối lượng phân tử rất lớn, 15
÷
20x10
6
dalton.
1-4 Là các chuỗi oligomer của chuỗi
α
(thường từ 5
÷
8
chuỗi).
X Là oligomer của 4 chuỗi
α
.
γ
285000 dalton (3 chuỗi
α
).
β
190000 dalton (2 chuỗi
α
).
α
95000 dalton.
A-peptide 86000 dalton.
Trong gelatin các chuỗi
α
,
β

luôn chiếm một tỷ lệ lớn. Ngoài ra gelatin cũng chứa
các tổ hợp phân tử có khối lượng tới 10 triệu và các chuỗi polypeptide có khối lượng
phân tử nhỏ hơn 80000
Việc xác định những phân đoạn này sẽ giúp hiểu rõ hơn về độ mạnh của gel, độ
nhớt cũng như việc đảm bảo chất lượng gelatin được sử dụng trong các ứng dụng khác
nhau. Phân đoạn
α
,
β
và các phần có khối lượng phân tử lớn hơn sẽ góp phần nâng cao
độ nhớt, độ mạnh của gel và điều ngược lại có liên quan đến hàm lượng các đơn vị dưới
α
.
Hình: Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin loại B 225 độ Bloom
Tính tạo gel:
Quá trình tạo gel của gelatin liên quan đến hai quy luật cơ bản sau: đầu tiên là các
mối nối bên trong mạng phân tử trở nên sắp xếp có trật tự hơn, chắc hơn và kế đến là
mạng phân tử được làm dày thêm. Khi gel gelatin được hình thành thì có sự tái tạo một
phần collagen.
Các nhà nghiên cứu nhìn chung chấp nhận rằng những khu vực giàu pyrolidine
trong chuỗi gelatin hoạt động như vị trí trung tâm trong việc hình thành nên những vùng
liên kết khi nhiệt độ thấp ở những vùng này. Và đặc biệt chuỗi glycine-proline-proline
(hoặc hydroxyproline) có khuynh hướng chuyển về dạng xoắn proline-L-proline II, với
sự tập hợp 3 dạng xoắn như thế sẽ hình thành nên cấu trúc tương tự như cấu trúc xoắn ốc
của collagen, chúng hoạt động như điểm hoặc khu vực chuyển tiếp trong mạng gel. Các
khu vực chuyển tiếp này được ổn định nhờ vào mối liên kết hydro bên trong, mối liên kết
này sẽ bị bẻ gãy ở nhiệt độ 35
÷
40
o

C dẫn đến gel tan chảy.
Độ mạnh của gel chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ, sự phân bố các phần pyrolidine và
hình dạng, kích thước chung của phân tử. Độ mạnh của gel hầu như không phụ thuộc vào
giá trị pH trong khoảng pH=4
÷
10. Ngoài khoảng giá trị pH này quá trình tạo gel trở nên
chậm đi đáng kể, điều này có thể là do ảnh hưởng của sự thay đổi hệ thống điện tích,
ngăn cản khả năng các chuỗi tiến đến các vị trí thích hợp để hình thành nên vùng chuyển
tiếp.