Nghiên cứu các thông số thích hợp cho công đoạn nấu của quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp sử dụng enzyme cellulase

1

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Đồ án này
Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban
Chủ nhiệm Khoa Chế biến, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học niềm kính
trọng, sự tự hào được học tập tại Trường trong những năm qua.
Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy: TS. Vũ Ngọc Bội - Phó
Giám đốc Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường - Trường Đại học Nha Trang
đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt
nghiệp này.
Xin cám ơn: TS. Nguyễn Anh Tuấn - Chủ nhiệm Khoa Chế biến, TS. Vũ
Duy Đô - Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm và các thầy cô phản biện đã
cho tôi những lời khuyên quí báu để đồ án tốt nghiệp được hoàn thành có chất
lượng.
Đặc biệt xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của: các thầy cô giáo trong
Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, ThS. Nguyễn Thị Thục, các thầy cô giáo quản
lý phòng thí nghiệm Công nghệ Chế biến và phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh
học - Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường đã giúp đỡ nhiệt tình
và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đồ án này.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và các bạn bè đã tạo điều
kiện, động viên khích lệ tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập vừa
qua.

i


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I 3
TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME
CELLULASE 3
1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN 3
1.1.1. Giới thiệu về rong sụn 3
1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn 4
1.1.3. Thời vụ trồng rong sụn 5
1.1.4. Thành phần hóa học của rong sụn 6
1.1.5. Ứng dụng của rong sụn 8
1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN 8
1.2.1. Giới thiệu về carrageenan 8
1.2.2. Cấu tạo và phân loại carrageenan 9
1.2.3. Một số tính chất của carrageenan 12
1.2.4. Ứng dụng của carrageenan 18
1.3. TỔNG QUAN VỀ ENZYM CELLULASE 20
1.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CARRAGEENAN 22
1.5. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 24
1.5.1. Một số phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết 24
1.5.2. Kỹ thuật nấu chiết carrageenan 25
1.5.3. Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan 27

CHƯƠNG II 32
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU 32





ii


2.1.1. Rong nguyên liệu 32
2.1.2. Enzyme cellulase 32
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32
2.2.1. Các phương pháp phân tích 32
2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 34
2.2.2.1. Quy trình dự kiến 35
2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm 38
2.3. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 42
2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 42
CHƯƠNG III 43
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43
3.1. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUY TRÌNH SẢN
XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ
DỤNG ENZYME CELLULASE 43
3.1.1. Xác định tỷ lệ nước nấu/rong trong công đoạn nấu chiết 43
3.1.2. Xác định nhiệt độ nấu thích hợp 46
3.1.3. Xác định thời gian nấu thích hợp 49
3.1.4. Xác định pH thích hợp cho công đoạn nấu chiết 52
3.2. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 56

3.3. SẢN XUẤT THỬ SẢN PHẨM VÀ TÍNH CHI PHÍ NGUYÊN VẬT LIỆU
CHO SẢN PHẨM 58
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 61
1. KẾT LUẬN 61
2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 62






iii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi 3
Hình 1.2 Hình ảnh rong sụn khô 3
Hình 1.3. Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D –
galactose pyranose và α – D –galactose pyranos 9
Hình 1.4. Cấu tạo của k – carrageenan 10
Hình 1.5. Cấu tạo của I –carrageenan 11
Hình 1.6. Cấu tạo của λ – carrageenan 11
Hình 1.7. Mô hình phản ứng giữa Carrageenan và Protein 13
Hình 1.8. Quá trình tạo gel đông của Carrageenan 15
Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước nấu/rong đến hiệu suất thu nhận
carrageenan 43
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước nấu/rong đến sức đông của carrageenan 44
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước nấu đến độ nhớt của carrageenan 44
Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến hiệu suất của carrageenan 47

Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến sức đông của carrageenan 47
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến độ nhớt của carrageenan 48
Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến hiệu suất thu carrageenan 50
Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến sức đông của carrageenan 50
Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian nấu độ nhớt của carrageen2an 51
Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH nấu chiêt đến hiệu suất thu nhận sản phẩm 53
Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH nấu chiêt đến sức đông sản phẩm 53
Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH nấu chiêt đến độ nhớt của sản phẩm 54
Hình 3.13. Hình ảnh về sản phẩm carrageenan dạng sợi 60
Hình 3.14. Hình ảnh về nhãn mác cho sản phẩm carrageenan 60






iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của rong sụn 6
Bảng 1.2. Hàm lượng amino acid của rong sụn 7
Bảng 1.3. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau 16

1

MỞ ĐẦU
Việt Nam là một nước nhiệt đới, có bờ biển dài hơn 3200 km với trên 1
triệu km
2
thềm lục địa là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nuôi trồng thủy
sản trong đó phải kể đến các loại rong quý có giá trị kinh tế cao. Hiện nay, các
nhà khoa học Việt Nam đã tuyển chọn, di nhập một số loại rong mới để nuôi
trồng thử nghiệm và phát triển thành nghề mới cho ngư dân nhằm khai thác tiềm
năng mặt nước biển và đa dạng hóa nguồn nguyên liệu thuỷ sản. Trong số các
loài rong mới được du nhập và phát triển tại Việt Nam trong những năm trở lại
đây, rong sụn (Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty) là loại rong có giá trị kinh tế
cao đã nhanh chóng thích nghi và phát triển tốt ở nhiều vùng biển tại Việt Nam.
Hiện rong sụn được nuôi nuôi trồng và phát triển thành một nghề của ngư dân
các tỉnh như Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Kiên Giang.
Rong sụn là nguyên liệu để sản xuất carrageenan một loại polysaccarid
được biết và sử dụng từ thế kỷ XVI. Ngày nay, carrageenan được nhiều nước sử
dụng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp
dệt, công nghệ sinh học, y dược,… Nhờ có phổ ứng dụng rộng rãi nên nhu cầu
carrageenan trên thế giới rất lớn và hàng năm nhu cầu này ngày càng tăng. Đã có
nhiều công trình nghiên cứu tách chiết carrageenan từ rong sụn. Nhưng các công
trình nghiên cứu đều sử dụng hóa chất để xử lý rong do vậy chất thải từ quá trình
sản xuất gây ô nhiễm môi trường.
Cellulase là enzyme có khả năng thủy phân cellulose vì thế nếu sử dụng
enzyme này để phá hủy lớp vách tế bào thực vật bằng cellulose có thể giúp cho
việc thu nhận carrageenan dễ dàng hơn, lượng hóa chất sử dụng ít hơn thậm chí

2

có thể không cần sử dụng hóa chất. Xuất phát từ thực tế này, em được khoa Chế
biến giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu các thông số thích hợp cho công đoạn
nấu của quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp sử dụng
enzyme cellulase”.
Mục tiêu của đề tài: sử dụng enzyme cellulase thay thế hóa chất để xử lý
rong sụn trong quá trình sản xuất carrageenan.
Nội dung của đề tài:
1) Xác định các thông số thích hợp cho công đọan nấu của quy trình sản
xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp sử dụng enzyme cellulase: tỷ lệ
nước/rong trong công đoạn nấu chiết, xác định môi trường nấu chiết; nhiệt độ
và thời gian nấu chiết.
2) Đề xuất quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp
sử dụng enzyme cellulase.
3) Sản xuất thử carrageenan theo quy trinh đề xuất và sơ bộ tính chi phí
nguyên vật liệu cho sản phẩm carrageenan sản xuất.
Do thời gian, kinh phí và kiến thức có hạn nên báo cáo này không tránh
khỏi những hạn chế. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và
các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME
CELLULASE
1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN
1.1.1. Giới thiệu về rong sụn
Rong sụn thuộc ngành: Rhodophyta, Lớp: Rhodophyceae, Phân lớp:
Florideophycide, Bộ: Gigartinales, Họ: Areschougiaceae, Giống: Kappaphycus,
Loài: alvarezii

Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi

Hình 1.2 Hình ảnh rong sụn khô





4

Macxxell Doty là người đầu tiên tìm thấy rong sụn ở vùng biển Philippines
vào năm 1972. Người có công thu nhận mẫu cùng với ông là Alvarezii. Do vậy
Macxxell Doty đặt tên rong này là Euchuma alvarezii Doty. Khi phân tích thành
phần hóa học của loại rong này ông đã đổi tên Euchuma alvarezii Doty thành
Kappaphycus alvarezii. Sau đó ông cùng với các nhà nghiên cứu tại trường đại
học Hawaii bắt đầu nghiên cứu phát triễn phương pháp nuôi trồng rong sụn ở
Hawaii. Từ đó, rong sụn nuôi trồng và phát triễn rộng rãi ở nhiều nước như
Indonesia, Malaysia, Ấn Độ, Việt Nam ….

1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn
Rong sụn là loài rong nhập nội có đặc tính giòn, dễ gẫy khi tươi. Vì vậy các
nhà khoa học tại phân viện khoa học vật liệu Nha Trang đã thống nhất đặt tên
Việt Nam cho loại rong này là rong sụn.
Rong sụn có thân hình trụ tròn, đường kính thân chính có thể đạt tới 20mm.
Từ trọng lượng 100g ban đầu sau một năm rong sụn tưng trưởng thành bụi rong,
nặng 14 – 16 kg. Rong sụn chia nhánh rậm rạp, kiểu tự do không theo quy luật.
Khi đang sinh trưởng trong nước biển có màu xanh nâu, thân giòn, dễ gẫy. Khi
khô thành sợi cứng như sừng, có màu vàng nâu.
Nhiệt độ thích hợp nhất cho sự sinh trưởng và phát triễn của rong sụn là từ
25 – 28
o
C. Nhiệt độ cao hơn 30
o
C và thấp hơn 20
o
C sẽ ảnh hưởng đến sinh
trưởng của rong. Nếu nhiệt độ thấp hơn 15 – 18
o
C thì rong sẽ ngừng phát triễn.
Rong sụn là loài ưa mặn, chúng chỉ sinh trưởng và phát triễn tốt ở nơi có độ
mặn cao (28 – 32 ‰) ở độ mặn thấp (18 – 20 ‰) rong chỉ có thể tồn tại thời gian
ngắn (5 – 7 ngày) và nếu kéo dài nhiều ngày rong sẽ ngừng phát triễn có hiện
tượng đứt gẫy và dẫn đến tàn lụi.





5

Rong sụn thuộc ngành rong đỏ Rhodophyta có chứa sắc tố chlorophyll và
phycobline nên rong sụn chỉ thích nghi với ánh sang có bước song ngắn với
cường độ ánh sáng không cao từ 12000 – 50000 lux. Ánh sáng quá cao hoặc quá
thấp thì đều ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triễn của rong sụn.
Rong sụn phát triễn tốt ở vùng nước thường xuyên trao đổi và luân chuyển.
Đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ sự sinh trưởng và phát triễn cũng
như chất lượng của rong.
Rong sụn và đa số các loài rong có mùi tanh đặc trưng, mùi của rong sụn là
yếu tố phức tạp được cấu thành bởi nhiều yếu tố trong đó có sự tham gia đáng kể
của bihenic acid, là loại acid do vi khuẩn sống trên thân cây rong sinh ra. Các vi
khuẩn này có rất nhiều trong nước biển. Để khử mùi cho rong sụn, người ta có
thể phơi rửa rong nhiều lần bằng nước sạch hoặc ngâm trong nước gạo, dấm ăn,
nước trà….
1.1.3. Thời vụ trồng rong sụn
Có hai mùa trồng chính là:
+ Mùa chính ở các tỉnh Trung Bộ (từ Đà Nẵng đến Bình Thuận) thường từ
tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Ở các tỉnh Nam Bộ thường từ tháng 6 đến tháng 3
năm sau.
+ Mùa phụ: Ở các tỉnh Trung Bộ thường từ tháng 4 đến tháng 9, ở các tỉnh
Nam Bộ thường từ tháng 4 đến tháng 6.
Thời gian trồng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường và mùa khí
hậu của từng vùng trồng. Người ta thường thu hoạch rong sau khi trồng từ 2 đến
3 tháng.





6

1.1.4. Thành phần hóa học của rong sụn
Thành phần chính của rong sụn là carrageenan. Hàm lượng carrageenan có
thể chiếm đến 40% trọng lượng khô của rong. Trong đó carrageenan tan chiếm
khoảng 33% và carrageenan không tan chiếm 7 %. Thành phần hóa học cơ bản
của rong sụn nguyên liệu thu hoạch ở biển, phơi nắng đến độ ẩm khoảng 20 %
rửa sạch bằng nước sinh hoạt và sấy khô ở 40 – 50
o
C để đạt trở lại độ ẩm 19 –
20% thể hiện ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của rong sụn
Thành phần Hàm lượng

Đơn vị tính

Thành
phần
Hàm lượng

Đơn vị tính

Protein 2,40 % Cu 2,30 %
Đường tổng 0,00 % S 2,60 %
Cellulose 4,00 % SO
4
2-
8,08 ppm
ẩm 19,60 % I 23,00 %
Tro tổng 20,00 % Cl 6,87 %
Carrageenan 40,00 % Hg 0,01 %

K 2,20 % As 0,02 %
Na 2,40 % Pb 0,75 %
Ca 0,36 % Cd 0,31 %
Fe 0,04 ppm Sb 5,08 %





7

Rong sụn có chứa hàm lượng tro rất đáng kể. Khi xử lý chế biến thành thực
phẩm thì hàm lượng tro còn lại so lúc chưa xử lý là 6/10. Như vậy sau khi xử lý
lượng khoáng bám ở lớp ngoài rong đã bị giảm đi khá nhiều. Như trong rong sụn
sau xử lý vẫn chứa nhiều loại nguyên tố vi lượng như: Mo, Fe, Cu, Mg, Zn, Ca,
Na, K và các chất phi kim loại như I, S, P đây là các chất cần thiết cho cơ thể con
người.
Trong rong sụn hàm lượng tổng protein đạt khoảng 3% chất khô, có thể nói
là cao hơn so với các loại rau quả khác. Protein của rong sụn có giá trị dinh
dưỡng cao do có chứa 11 amino acid với hàm lượng khá cao bao gồm 5 amino
acid không thay thế thể hiện ở bảng 1.2. Vì vậy, có thể nói nguyên liệu rong sụn
là nguồn nguyên liệu thực phẩm giàu dinh dưỡng và không gây độc hại.
Bảng 1.2. Hàm lượng amino acid của rong sụn
Amino acid Hàm lượng (%) Amino acid Hàm lượng (%)
Leucin 0,080 alanin 0,140
Methionin 0,070 Glutamine 0.280
Phenylalanine 0,230 Glycin 0,130
Valin 0,070 Prolin 0,230
tryptophan 0,082 Serin 0,110
Tyrosin 0,080

8

1.1.5. Ứng dụng của rong sụn
Rong sụn được ứng dụng để sản xuất một số sản phẩm trong lĩnh vực thực phẩm.
Rong sụn được sử dụng để chiết tách Carrageenan sử dụng trong một số lĩnh vực
như thực phẩm, dược phẩm, trong một số ngành công nghiệp khác.
Ngoài ra sử dụng rong sụn có khả năng giảm cholesterol trong máu. Cuộc
sống ngày nay ai cũng sợ các sản phẩm giàu cholesterol, nguyên nhân gây nên
bênh béo phì. Vậy nên các thực phẩm có hàm lượng calo thấp nhưng vẫn đảm
bảo ngon miệng như rong biển đang rất được ưa chuộng các gia đình nên sử
dụng các món canh rong biển trong thực đơn hàng ngày của mình.
Các sản phẩm làm từ rong sụn: Các món thạch, Carrageenan, Trà rong
biển, Mứt, Kẹo, Rong sụn dầm dấm, Siro từ rong sụn
1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN
1.2.1. Giới thiệu về carrageenan
Carrgeenan là một loại polysaccharide của galactose tìm thấy trong các loài
rong đỏ như là: Chondrus, Gigartina, Euchuma, Furcellaria, phyllophora, từ
những năm 1837. Stanford (1862) đã đặt tên loại polysaccharide được chiết bằng
nước từ loại chondrus crispus là “carrageenin”. Việc tinh sạch chúng bằng
phương pháp kết tủa cồn đã được thực hiện vào năm 1871. Tên gọi
“carrageenan”được đề nghị và được Ủy Ban danh pháp thuật ngữ carbohydrate
của hội hóa học Mỹ thông qua. Nhưng việc sản xuất carrageenan chỉ thực sự
quan tâm trong nhưng năm thập niện 1930 khi một số công ty ở bờ biển phía tây
nước Mỹ phát hiện ra carrageenan có độ nhớt cao và có khả năng tạo gel. Hiện

9

nay, các nước sản xuất carrageenan chủ yếu là: Mỹ, Đan Mạch, Pháp, Nhật, Tây
Ban Nha, Trung Quốc, Hàn Quốc, Brazil, Philippines, …
Carrageenan có tính chất giống như agar, ngày nay được ứng dụng rất rộng
rãi trong công nghiệp thực phẩm. Do khả năng ứng dụng của carrageenan trong
lĩnh vực chế biến sữa và công nghệ sinh học tốt hơn agar nên việc sản xuất
carrageenan tăng lên khá nhanh và gần đây đã vượt qua agar. Sản lượng
carrageenan hàng năm trên thế giới khoảng 15.000 tấn. Trong đó, Trung Quốc
chiếm khoảng 600 tấn.
1.2.2. Cấu tạo và phân loại carrageenan
Carageenan là một polymer mạch thẳng, chứa khoảng 25.000 phân tử
galactose, với liên kết luân phiên của β – D –galactose pyranose qua liên kết 1,3
và α – D –galactose pyranose qua liên kết 1,4.







Hình 1.3. Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D –
galactose pyranose và α – D –galactose pyranos

10

Phân loại carrageenan
Carrageenan có thành phần chính là các ester sulphate của galactose và 3,6 –
Anhydro galactose. Carrageenan có nhiều cấu trúc khác nhau nhưng chúng chỉ
khác nhau ở mức độ sulphate hóa và vị trí sulphate hóa, mức độ hydrat hóa.
k-carrageenan: Là một polymer mạch ngắn xen kẽ giữa D – Galactose – 4
sunphate và 3,6 – Anhydro – D – Galactose. Cấu trúc phân tử là vòng xoắn kép
bậc 3. Tính chất quan trọng nhất của k – carrageenan là sức tạo gel cao và tương
tác mạnh với protein sữa.







Hình 1.4. Cấu tạo của k – carrageenan
I – carrageenan: Cấu tạo giống với k – carrageenan nhưng gốc 3,6 –
Anhydro – D – Galactose lại ở vị trí cacbon thứ 2 và lượng sulphate nhiều hơn.
Cấu trúc phân tử xoắn kép bậc 2. Gel của I – carrageenan có tính đàn hồi






11

Hình 1.5. Cấu tạo của I –carrageenan
λ – carrageenan: Là một loại carrageenan có mức sulphate cao. Trong
phân tử các đơn vị monomeric được xen kẽ với nhau, các đơn vị D – galactose –
2 – sulphate (1,3) và D – galactose 2,6 – disulphate. λ – carrageenan có khối
phân tử cao và mạch dài hơn k – carrageenan. λ – carrageenan không tạo gel.








Hình 1.6. Cấu tạo của λ – carrageenan





12

1.2.3. Một số tính chất của carrageenan

Tính chất hóa học của carrageenan trước là do các nhóm sulphate tạo
nên, đây là ion anion mạnh, có thể so sánh với sulfuric aicd về độ phân ly. Các
carrageenan chứa gốc acid tự do thường không bền và do vậy các carrageenan
thương mại thường ở dạng muối của K
+
, Ca
2+
hoặc là hỗn hợp của hai muối này.
 Tương tác giữa carrageenan với protein
Đây là một trong những tính chất quan trọng của carrageenan và cũng là đặc
trưng cho tất cả các chất tạo gel cũng như các chất không tạo gel là xuất hiện
phản ứng với protein. Phản ứng này xảy ra nhờ các cation có mặt trong các nhóm
protein tích điện tác dụng với nhóm sulphate mang điện âm của carrageenan và
có tính quyết định đến độ bền cơ học của gel.Carrageenan liên kết với Protein
qua gốc amin mang điện tích dương khi pH nằm dưới điểm đẳng điện. Trên điểm
đẳng điện của Protein, liên kết giữa Protein và Carrageenan được hình thành
thông qua cầu nối Ca
2+
hoặc các cation thay thế.
Trong môi trường axit yếu, Carrageenan chuyển thành axit Carrageenic
(ROSO
3
H). Trong môi trường kiềm: Môi trường có tác dụng khá mạnh và làm
thay đổi cấu tạo của Carrageenan. Dưới tác dụng của môi trường kiềm, nhóm –
OSO
3
-
bị khử dần, tùy thuộc vào mức độ khử mà tạo nên cấu trúc khác nhau và
cho ra các loại Carrageenan khác nhau.
Vì vậy trong công nghiệp sữa, nhờ vào tính chất liên kết với các protein trong

sữa mà carrageenan được sử dụng (với nồng độ 0,015 – 0,025 %) làm tác nhân
để ngăn chặn sự tách lỏng và làm ổn định các hạt coca trong sữa sôcôla.






13

Trên điểm đẳng điện (PI)

NH
2
CO
2
-
NH
2
CO
2
-
NH
2
CO
2
-
NH
2
CO

2
-


NH
2
CO
2
-

Ca
2+
Ca
2+
Ca
2+
Ca
2+
Ca
2+


SO
4
-
SO
4
-
SO
4

-
SO
4
-
SO
4
-


A


NH
3
+
CO
2
-
NH
3
+
CO
2
-

NH
3
+
CO
2

-
NH
3
+
CO
2
-
NH
3
+



SO
4
-


SO
4
-
SO
4
-
SO
4
-
SO
4
-

B

Dưới điểm đẳng điện (PI)


CO
2
-
NH
3
+
CO
2
-
NH
3
+
CO
2
-
NH
3
+
CO
2
-
NH
3

+
CO
2
-
NH
3
+



SO
4
-
SO
4
-
SO
4
-
SO
4
-
SO
4
-


C
Hình 1.7. Mô hình phản ứng giữa Carrageenan và Protein
 Quá trình tạo gel của carrageenan

Carrageenan có một tính chất vô cùng quan trọng là tạo gel ở nồng độ thấp
(nhỏ hơn 0,5 %). Ở dạng gel các mạch polysaccharide xoắn vòng như lò xo và
cũng có thể xoắn với nhau tạo thành khung xương không gian ba chiều vững





14

chất, bên trong có thể chứa nhiều phân tử nước (hay dung môi). Từ dạng dung
dịch chuyển sang dạng gel là do tương tác giữa các phân tử polyme hòa tan với
các phân tử dung môi ở bên trong, nhờ tương tác này mà gel tạo thành có độ bền
cơ học cao. Phần xoắn vòng lò xo chính là những mầm tạo gel, chúng lôi kéo các
phân tử dung môi vào vùng liên kết.
Sự hình thành gel có thể gây ra bởi nhiệt độ thấp hoặc thêm các cation với
một nồng độ nhất định. Quá trình hình thành gel diễn ra phức tạp, được thực hiện
theo hai bước:
- Bước 1: khi hạ nhiệt độ đến một giới hạn nào đó trong phân tử
carrageenan có sự chuyển cấu hình từ dạng cuộn ngẫu nhiên không có trật tự
sang dạng xoắn có trật tự. Nhiệt độ của quá trình chuyển đổi này phụ thuộc vào
dạng và cấu trúc các carrageenan, cũng như phụ thuộc vào dạng và nồng độ của
muối thêm vào dung dịch carrageenan. Do đó, mỗi một dạng carrageenan có một
điểm nhiệt độ tạo gel riêng.
- Bước 2: gel của các polyme xoắn có thể thực hiện ở các cấp độ xoắn.
Trong trường hợp đầu, sự phân nhánh và kết hợp lại sẽ xuất hiện cấp độ xoắn
thông qua sự hình thành không đầy đủ của xoắn kép, theo hướng đó mỗi chuỗi
tham gia vào xoắn kép với hơn một chuỗi khác. Trong trường hợp thứ hai, các
phần đã phát triển đầy đủ của đa xoắn tụ hợp lại tạo thành gel. Còn dưới các điều
kiện không tạo gel, ở các nồng độ polyme thấp sự hình thành và hợp lại của các

xoắn sẽ dẫn đến tăng độ nhớt.
Qua đó, có thể mô tả cơ chế tạo gel như sau: trước hết là xuất hiện sự
chuyển đổi cấu hình từ dạng cuộn sang xoắn lò xo, tiếp sau là sự kết hợp các





15

xoắn và tụ hợp lại có trật tự tạo thành xoắn kép – gel. Như vậy, gel là tập hợp
các xoắn có trật tự hay còn gọi là xoắn kép.











Hình 1.8. Quá trình tạo gel đông của Carrageenan
 Tính tan của carrageenan
Carrageenan tan trong nước nhưng độ tan của nó phụ thuộc vào dạng, nhiệt
độ, pH, nồng độ của ion và các chất tan khác.
Nhóm carrageenan có cầu nối 3,6 - anhydro không ưa nước, do đó các
carrageenan này không tan trong nước. Nhóm carrageenan không có cầu nối thì
dễ tan hơn. Thí dụ như λ-carrageenan không có cầu nối 3,6-anhydro và có thêm

3 nhóm sulfat ưa nước nên nó tan trong nước ở điều kiện bất kỳ. Đối với κ –
Bổ sung K
+

Đun nóng
Làm lạnh
K
+






16

carrageenan thì có độ tan trung bình, muối natri của κ - carrageenan tan trong
nước lạnh nhưng muối kali của κ –carrageenan chỉ tan trong nước nóng.
Bảng 1.3. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau
Môi trường K- carrageenan I– carrageenan λ- carrageenan
Nước nóng Tan trên 70
o
C Tan trên 70
o
C Tan
Nước lạnh
Tan trong muối
Na
+
, hạn chế

trong muối Ca
2+
,
NH
4
+
, K
+
Tan trong muối
Na
+
, tan trong
muối Ca
2+
, cho
sự phân tán sol-
gel thuận nghịch
Tan trong tất cả
các muối
Sữa nóng Tan Tan Tan
Sữa lạnh Không tan Không tan
Làm phân tán độ
đông dặc
Sữa lạnh
(tetrasodium
pyrophosphate)

Đông đặc hoặc
tạo gel
Đông đặc hoặc

tạo gel
Tăng khả năng
tạo gel
Dung dịch
đường có nồng
độ cao
Tan trong dung
dịch nóng
Khó tan
Tan trong dung
dịch nóng
Dung dịch Không tan trong Tan trong dung Tan trong dung





17

muối có nồng
độ cao
dung dịch nóng
và lạnh
dịch nóng dịch nóng
Các dung môi
có lẫn nước
Tan trong dung
môi có nỗng độ
khoảng 30%
Tan trong dung

môi có nỗng độ
khoảng 30%
Tan trong dung
môi có nỗng độ
khoảng 30%
Các dung môi
hữu cơ
Không tan Không tan Không tan
 Tính chất của một polymer
Carrageenan là một polysaccharide mang điện âm, được hình thành do
quá trình đồng hợp. Khi thêm vào dung dịch carrageenan những chất điện phân
thì dung dịch kém độ bền (độ nhớt giảm).
Sự trương: Carrageenan hút nước mạnh, sự hút nước kèm theo sự trương
phồng đáng kể tạo thành gel theo thời gian khi nó tiếp xúc với dung môi,
carrageenan là cao phân tử có cực nên trương nở trong dung môi có cực.
 Tính thủy phân của carrageenan
Carrageenan bị thủy phân tạo thành carrageenan oligosaccharide. Dung
dịch carrageenan ít bị phân hủy ở môi trường có pH = 9, ở môi trường có pH = 7
dung dịch muối Natri Carrageenate bị thối hóa do phân tử carrageenan bị đứt liên
kết 3,6 – Anhydro Galactose. Và từ phản ứng xác định tính thủy phân kiềm của
nhóm ester sunphat gắn ở vị trí C
4
trong gốc Galactose Carrageenan mà đặc
biệt là phân đoạn kappa, lamda – carrageenan sẽ bị thủy phân bởi enzyme
Psedomonate carrageenovora hay kappa-carrageenovora. Khi kappa, lamda-
carrageenan bị thủy phân bởi enzyme này thì độ nhớt của dung dịch giảm rất
nhiều và làm tăng khả năng khử , tạo các sản phẩm thuộc dãy đồng đẳng của

18

oligosaccharide sunphat, 3,6-Anhydrose-α-D-Galactopyransoe-D-Galactose-4-0-
sunphate.
Trong môi trường pH thấp cùng với sự tác dụng của nhiệt độ thì sự thủy
phân xảy ra nhanh hơn.
Trong môi trường acid yếu carrageenan chuyển thành carragenic acid
ROSO
3
H.
Trong môi trường kiềm carrageenan bị khử bớt các gốc – SO
3
-
và hình
thành liên kết anhydro.
1.2.4. Ứng dụng của carrageenan
Carrageenan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như trong thực phẩm,
dược phẩm, mỹ phẩm, công nghiệp…
+ Trong lĩnh vực thực phẩm:
 Carrageenan đóng vai trò là chất phụ gia trong thực phẩm để tạo đông tụ
tạo tính mềm dẻo đồng nhất cho sản phẩm và cho điểm nóng chảy thấp
carrageenan được dùng để làm các món ăn như: các món thạch, hạnh nhân, nước
uống …
 Carrageenan được bổ sung vào bia rượu, dấm làm tăng độ trong. Trong
sản xuất bánh mì, bánh bích quy, bánh bông lan…carrageenan tạo cho sản phẩm
có cấu trúc mềm xốp.
 Trong công nghệ sản xuất chocolate bổ sung carrageenan vào để làm
tăng độ đồng nhất, độ đặc nhất định.

 Trong sản xuất kẹo làm tăng độ chắc độ đặc cho sản phẩm
 Trong sản xuất phomát, sản xuất các loại mứt đông, mứt dẻo.
 Sản xuất phụ gia thực phẩm thay thế hàn the trong sản xuất giò chả. Đặc
biệt carrageenan được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực chế biến thuỷ sản.





19

Carrageenan ứng dụng tạo lớp màng cho sản phẩm đông lạnh làm giảm hao hụt
về trọng lượng và bay hơi nước tránh được sự mất nước của thịt gia cầm khi bảo
quản đông.
 Trong bảo quản đóng hộp các sản phẩm thịt, bổ sung vào surimi.
 Do carrageenan tích điện có gốc SO
4
2-
nên có khả năng liên kết với
protein qua gốc amin mang điện tích dương khi pH nằm dưới điểm đẳng điện.
Chính nhờ điểm này mà trên 50% tổng lượng carrageenan được sử dụng trong
công nghiệp sữa. Vai trò của carrageenan là làm cho các sản phẩm sữa có độ ổn
định khá cao, không dùng đến tinh bột hoặc lòng trắng trứng.
+ Trong y dựơc
Dùng để sản xuất các loại dược phẩm quan trọng. Carrageenan là chất nhũ
hoá trong ngành dược phẩm để sản xuất các loại sản phẩm như các loại thuốc
nhờn, nhũ tương để thoa lên các vết thương mau lành làm màng bao cho thuốc.
Cũng dựa vào tính chất là carrageenan mang điện tích âm nên được ứng dụng
trong việc điều chế thuốc loét dạ dày và đường ruột. Khi thành dạ dày bị men
pepsin sẽ tấn công protein tại chỗ loét làm cho độ acid tăng lên nhưng khi có mặt

của carrageenan thì nó tương tác với pepsin và làm ức chế tác dụng của pepsin.
+ Trong công nghiệp
 Hỗn hợp I- carrageenan và K-carrageenan và các chất tạo nhũ tương
được bổ sung vào dung dịch sơn nước carrageenan để tạo độ đồng nhất khả năng
nhũ hoá tốt hơn cho sơn.
 Bổ sung vào kem đánh răng để chống lại sự tách lỏng, sự bào mòn trạng
thái tạo các đặc tính tốt cho sản phẩm. Carrageenan đựoc ứng dụng trong công
nghiệp sợi nhân tạo, phim ảnh sản xuất giấy. Ngoài ra carrageenan là môi





20

trườncố định enzyme là chất xúc tác trong công nghiệp tổng hợp và chuyển hoá
các chất khác.
+ Trong mỹ phẩm: bổ sung vào sản xuất các loại kem dưỡng da, nước hoa.
1.3. TỔNG QUAN VỀ ENZYM CELLULASE
Cellulase là một nhóm enzyme có khả năng xúc tác quá trình thủy giải
cellulose thành các sản phẩm mạch ngắn. Tùy mức độ thủy phân mà sản phẩm
có thể hòa tan trong nước như cellobiose, glucose hay các oligocellulose.
Enzyme cellulase được chia thành 3 nhóm chính:
+ 1,4 - β,D - glucan cellobiohydrolase
Một số tên gọi khác: Cellobiohydrolase, Exoglucanase, Exocellulase,
Cellobiosodase, Avicellase.
Enzyme này không có khả năng phân giải cellulose dạng kết tinh (có cấu
trúc tật tự rất cao, bền vững với tác động bên ngoài) mà chỉ làm thay đổi tính
chất hóa lý tạo điều kiện cho enzyme endocellulase phân giải.
+ 1,4 - β,D - glucan 4 glucanohydrolase: Tên khác: Endo 1,4 β -

glucanase, C - cellulose. Dưới tác dụng của enzyme này, cellulose bị phân cắt
thành các sản phẩm:
Oligocellulose
Cellulose Endo glucanase Cellobiose
Glucose
Enzyme này có tác động mạnh lên cellulose vô định hình nhưng lại tác
động yếu đối với cellulose kết tinh.
β, D - glucoside glucohydrolase: Tên khác: cellobiase, β, D glucosidase.
Enzym này không thủy phân được cellulose nguyên thủy. Dưới tác dụng của
enzyme này, cellulose bị phân cắt thành glucose.