Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm sản phẩm gel kappa carrageenan đựng trong bao bì thủy tinh từ loài rong đỏ kappaphycus alvarezii trồng tại cam ranh

LỜI CẢM ƠN
Sau ba tháng nghiên cứu và thực tập tại phòng thí nghiệm đến nay
em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn
cô giáo TS. Phan Thị Khánh Vinh. Người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ
bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em xin cảm ơn các thầy cô Khoa Công nghệ Thực phẩm, Khoa
Chế biến đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Em
cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các thầy cô trong
phòng thí nghiệm đã dạy cho em nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý
báu.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những
người đã luôn động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập vừa
qua.
Nha Trang, tháng 07 năm 2012.
Sinh viên
Đinh Thị Ngọc Yến

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 4
1.1. Khái quát chung về carrageenan 4
1.1.1. Nguồn gốc của carrageenan 4
1.1.2. Mức độ an toàn phụ gia carrageenan 4
1.1.3. Thị trường tiêu thụ và sản xuất 4

1.2. Cấu trúc của carrageenan 5
1.2.1. Cấu trúc của kappa-carrageenan 6
1.2.2. Cấu trúc của iota-carrageenan 6
1.2.3. Cấu trúc của lamda-carrageenan 7
1.3. Tính chất của carrageenan 7
1.3.1. Tính tan 7
1.3.2. Độ nhớt 9
1.3.3. Tính trương nở 9
1.3.4. Khả năng và cơ chế tạo gel 9
1.3.5. Phản ứng với protein 12
1.3.6. Khả năng tương tác với các chất khác 12
1.3.7. Tính chịu nhiêt 13
1.3.8. Tính bền axit 13
1.3.9. Tính hấp thụ tia hồng ngoại và màu 13
1.3.10. Phản ứng tạo tủa 14
1.3.11. Tính thủy phân và sự metyl hóa, ứng dụng để xác đị
nh
công thức cấu tạo của carrageenan
14
1.3.12. Một vài tính chất khác 15
1.4. Nguyên liệu sản xuất carrageenan – rong đỏ
carrageenophyte
vùng nhiệt đới
15
1.4.1. Tổng quan về rong sụn 15
1.4.2. Đặc điểm, hình thái của rong sụn 15
1.4.3. Thành phần hóa học của rong sụn 16
1.5. Một số quy trình công nghệ sản xuất carrageenan 18
1.5.1. Sản xuất carrageenan bán tinh chế 18
1.5.2. Sản xuất bột carrageenan 19

1.5.3. Sản xuất carrageenan dạng gel 22
1.6. Ứng dụng của carrageenan 23
1.7. Một số phương pháp bảo quản sản phẩm dạng lỏng phổ biến 25
1.7.1. Phương pháp hóa học 25
1.7.2. Phương pháp bảo quản lạnh đông 26
1.7.3. Phương pháp thanh trùng 27
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

28
2.1. Đối tượng nghiên cứu 28
2.2. Phương pháp nghiên cứu 28
2.2.1. Quy trình sản xuất gel kappa-carrageenan dự kiến 28
2.2.2. Bố trí thí nghiệm 30
2.2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lượng KCl bổ
sung theo
sức đông
30
2.2.2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lực ép gel và thời gian é
p
tách nước thích hợp
31
2.2.2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định phương pháp bảo quả
n
33
thích hợp
2.2.3. Phương pháp phân tích 35
2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu 36
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37
3.1. Thành phần hóa học của rong nguyên liệu 37
3.2. Các thông số kỹ thuật dung dịch carrageenan sau khi lọ

c ly
tâm
38
3.3. Kết quả nghiên cứu xác định lượng KCl bổ sung theo sứ
c
đông
39
3.4. Kết quả nghiên cứu xác định thời gian ép tách nước củ
a gel
kappa-carrageenan
40
3.5. Kết quả nghiên cứu về sự biến đổi hàm lượng tro và sứ
c đông
của gel kappa-carrageenan sau khi ép tách nước
41
3.6. Kết quả nghiên cứu sự giảm sức đông, màu sắc gel kappa-
carrageenan dưới tác động của nhiệt độ
43
3.6.1. Kết quả nghiên cứu sự giảm sức đông của gel kappa-
carrageenan sau khi gia nhiệt
43
3.6.2. Kết quả nghiên cứu sự thay đổi màu sắc của gel kappa-
carrageenan sau khi xử lý nhiệt
45
3.7. Đề xuất quy trình sản xuất hoàn thiện 47
3.7.1. Quy trình công nghệ 47
3.7.2. Thuyết minh quy trình 48
3.8. Đánh giá chất lượng sản phẩm 50
3.9. Sơ bộ giá thành sản phẩm 53
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Nội dung Trang

1.1 Tính tan của carrageenan trong các môi trường khá
c
nhau
8
1.2 Tính chất gel của các loại carrageenan khác nhau 11
3.1 Thành phần hóa học cơ bản của rong nguyên liệu 37
3.2 Bảng các thông số kỹ thuật của dung dịch carrageenan
sau khi lọc ly tâm
38
3.3 Sức đông của gel sau khi xử lý nhiệt 44
3.4 Điểm đánh giá cảm quan về màu sắc của gel kappa-
carrageenan sau thanh trùng
51
3.5 Bảng chỉ tiêu chất lượng sản phẩm gel kappa-
carrageenan
51
3.6 Kết quả kiểm tra vi sinh sau thanh trùng và sau 20 ngày
bảo quản
52
3.7 Bảng tính giá thành sản phẩm cho 15 lọ gel kappa-
carrageenan
54

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình

Nội dung Trang
1.1 Cấu trúc của kappa-carrageenan 6
1.2 Cấu trúc của iota-carrageenan 7
1.3 Cấu trúc của lamda-carrageenan 7
1.4 Tác dụng của nhiệt độ đối vơi cơ chế chuyển đổi t
ừ
dung dịch sang gel
11
1.5 Các hình thức liên kết giữa carrageenan với protein 12
1.6 Hình ảnh cây rong sụn 16
1.7 Sơ đồ sản xuất carrageenan bán tinh chế 18
1.8 Sơ đồ sản xuất bột carrageenan 20
1.9 Sơ đồ sản xuất kappa-carrageean dạng gel 22
2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chung của quy trình sản xuấ
t
gel kappa-carrageenan
29
2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lượng KCl bổ

sung
theo sức đông
30
2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ép tách nướ
c
thích hợp
32
2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định phương pháp bảo quả
n
thích hợp
34
3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng KCl bổ sung đế
n
sức đông của carrageenan
39
3.2 Đồ thị biểu diễn hàm lượng chất khô của gel kappa-
carrageenan theo thời gian ép tách nước
41
3.3 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng khoá
ng theo
thời gian ép tách nước
42
3.4 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi sức đông trước và
sau khi
ép tách nước
43
3.5 Đồ thị biểu diễn phần trăm giảm sức đông củ
a gel sau
khi xử lý nhiệt so với sức đông của gel ban đầu
44

3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến màu sắc của gel kappa-
carrageenan
46
3.7 Sơ đồ quy trình sản xuất gel kappa-carrageenan 47
3.8 Sản phẩm gel kappa-carrageenan 53

1

LỜI NÓI ĐẦU
Hydrocolloid từ rong biển đã từ lâu được ứng dụng rộng rãi trong
công nghiệp thực phẩm với vai trò chất tạo cấu trúc, tăng giá trị cảm
quan và tính dược liệu.
Cùng với sự gia tăng dân số và ổn định kinh tế, nhu cầu sử dụng
các hydrocolloid trên ngày càng tăng.
Trong số nhiều loại rong biển, rong đỏ đóng vai trò quan trọng vì
là nguồn nguyên liệu duy nhất để sản xuất agar và các loại carrageenan
khác nhau.
Trong các loài rong đỏ carrageenophyte phải kể đến Kappaphycus
alvarezii, là loài rong biển vùng nhiệt đới với năng suất và sản lượng
trồng cao, chất lượng rong tốt.
Trong công nghệ sản xuất bột carrageenan từ rong đỏ
carrageenophyte, quá trình sấy tiêu tốn nhiều nhiệt năng nhất do trong
gel carrageenan chiếm 98% nước. Mặt khác, để chế biến thực phẩm có
bổ sung carrageenan cần có giai đoạn trương nở, gia nhiệt, hòa tan.
Chính vì những lý do đó, việc sử dụng trực tiếp sản phẩm gel
carrageenan cho phép đơn giản hóa công nghệ sản xuất và mang tính
thực tiễn cao vì có thể áp dụng tại những cơ sở sản xuất nhỏ.
Xuất phát từ thực tế trên và được sự phân công ban chủ nhiệm
Khoa Công nghệ Thực phẩm, em thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất
thử nghiệm sản phẩm gel kappa-carrageenan đựng trong bao bì

thủy tinh từ loài rong đỏ Kappaphycus alvarezii trồng tại Cam
Ranh”.



2

Nội dung đề tài
- Tìm hiểu nguồn nguyên liệu Kappaphycus alvarezii, thành phần
hóa học nguyên liệu, công nghệ sản xuất carrageenan và tính chất của
nó.
- Nghiên cứu xác định hàm lượng KCl cần bổ sung qua sức đông
gel kappa-carrageenan.
- Nghiên cứu biến đổi hàm lượng nước, khoáng chất theo thời gian
ép cơ học gel kappa-carrageenan.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng gel kappa-
carrageenan.
- Đề xuất quy trình sản xuất thử nghiệm gel kappa-carrageenan,
đánh giá chất lượng sản phẩm và tính sơ bộ giá thành nguyên liệu sản
phẩm.
Mục tiêu của đề tài
Thử nghiệm sản xuất sản phẩm gel kappa-carrageenan đựng trong
bao bì thủy tinh, thay thế và khắc phục những hạn chế của bột
carrageenan.
Ý nghĩa khoa học
Đưa ra quy trình sản xuất thử nghiệm gel kappa-carrageenan, góp
phần làm phong phú thêm thị trường các chất phụ gia .
Ý nghĩa thực tiễn
- Tạo ra hướng phát triển mới cho ngành công nghiệp sản xuất các
chất phụ gia và phù hợp triển khai áp dụng cho các cơ sở sản xuất vừa và

nhỏ.
- Đồng thời góp phần nâng cao thu nhập cho người dân.
Sau hơn ba tháng thực hiện, đến nay em đã cơ bản hoàn thành đề
tài ở mức độ và kiến thức cho phép. Song do nhiều nguyên nhân khách
3

quan và chủ quan nên chắc chắn đề tài không thể tránh khỏi một số thiếu
sót. Em rất mong có được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn
để luận văn này được hoàn thiện hơn.
Nha Trang, tháng 07 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Đinh Thị Ngọc Yến

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Khái quát chung về carrageenan [7], [9], [17], [26]
1.1.1. Nguồn gốc của carrageenan
Carrageenan được biết đến và sử dụng như phụ gia thực phẩm hơn
600 năm nay ở Châu Âu và vùng Châu Á Thái Bình Dương. Từ
“carrageenan” có nguồn gốc ở Ireland nơi các món tráng miệng được
làm từ tảo Chodrus cripus hay Irish moss bởi những người dân làng
“Carraghen”.
Mãi cho đến khi chiến tranh thế giới lần thứ nhất bùng nổ thì việc
thiếu hụt nguồn cung cấp gelatin phục vụ quân đội đã thúc đẩy tìm kiếm
chất khác thay thế. Cùng với đó thì những nghiên cứu về cấu trúc hóa
học, phương pháp tách chiết ngày càng phát triển.
1.1.2. Mức độ an toàn phụ gia carrageenan
Qua nhiều nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng độc tính của
carrageenan trên chuột, thỏ cho thấy carrageenan an toàn cho con người.
Ở Châu Âu, carrageenan được xem như phụ gia thực phẩm với ký hiệu
E407.
Theo Luật thực phẩm của Mỹ và Tiêu chuẩn Châu Âu,
carrageenan thương mại cấp thực phẩm phải đạt các tiêu chuẩn sau:
- Hàm lượng galactan chứa gốc sunfat 18 ÷ 40%.
- Độ nhớt dung dịch 1,5% carrageenan ở 75
0
C không thấp hơn 5
cP, tương ứng với khối lượng phân tử không thấp hơn 100 kDa.
- Hàm lượng tro tối đa 40%.

- Hàm lượng kim loại nặng (Cd, Pb, Sn, Hg) trong khoảng 1 ÷ 3
mg/kg phụ thuộc từng loại kim loại nặng [9].
1.1.3. Thị trường tiêu thụ và sản xuất
5

Trong những năm cuối thế kỉ 20 thị trường tiêu thụ carrageenan
không ngừng tăng. Theo số liệu thống kê và dự báo nhu cầu carrageenan
tăng 5 ÷ 7%/ năm, đặc biệt ở khu vực Châu Á [17].
Theo số liệu thống kê năm 2009, sản lượng carrageenan sản xuất
toàn thế giới đạt 50.000 tấn/năm. Trong đó 41% tổng sản lượng
carrageenan sản xuất tại Philippine, chủ yếu bởi công ty Marcel
Corporation, MCPI, Shemberg Corporation. Bên cạnh đó phải kể đến các
công ty FMC (Mỹ), CP Kelco (Mỹ), Danisco (Đan Mạch), Degussa
(Đức), Ceamsa (Tây Ban Nha) [7], [17].
Tại Việt Nam, hiện nay để đáp ứng nhu cầu nội địa, đang xây
dựng nhà máy sản xuất bột rong sụn với công suất 1.000 tấn/năm [26].
1.2. Cấu trúc của carrageenan [4], [10], [12], [13], [24]
Carrageenan có cấu trúc chung là một polymer mạch thẳng với
liên kết luân phiên của β-D-galactopyranora qua liên kết 1,3 và α-D
galactopyranora qua liên kết 1-4 [24].
Các công trình nghiên cứu bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt
nhân cho thấy carrageenan có nhiều cấu trúc hóa học khác nhau. Do đó,
phân loại theo cấu trúc hóa học có các loại carrageenan sau: mu, kappa,
nu, iota, lamda, theta và xi. Các loại này chỉ khác nhau ở mức độ sulphat
hóa, vị trí sulphat hóa, mức độ dehydrat hóa của chuỗi polysacharide.
Cấu trúc của chúng đều có những thành phần về số lượng sulphat của
carrageenan chiếm 18 ÷ 40% phân tử carrageenan [4], [10], [13].
Carrageenan tự nhiên chiết xuất từ các loại rong khác nhau có thể
là hỗn hợp khác nhau của các loại carrageenan trên. Người ta phân chia
carrageenan ra hai nhóm chính:

- Nhóm 1: chứa các loại mu, nu, kappa, iota và các dẫn xuất của
chúng. Các carrageenan này tạo gel với ion K
+
hoặc có thể xử lý kiềm để
6

có tính chất tạo gel, chúng có đặc điểm là gốc đường có liên kết 1,3 hoặc
là không có nhóm sulphat hóa ở vị trí C
4
.
- Nhóm 2: chứa các loại lambda, xi, theta và các dẫn xuất của
chúng. Chúng không có khả năng tạo gel ngay cả trước và sau khi xử lý
kiềm. Đặc trưng của cấu trúc này là cả hai loại gốc đường liên kết 1,4 và
1,3 đều có nhóm sulphat ở vị trí C
2
.
Ngày nay đã phát hiện hơn 18 loại và cấu trúc khác nhau của
carrageenan. Tuy nhiên, kappa-carrageenan, lamda-carrageenan, iota-
carrageenan là được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất [12].
1.2.1. Cấu trúc của kappa-carrageenan [6]
Kappa-carrageenan là một loại polymer mạch ngắn xen kẽ giữa
D-galactose- 4-sulphat (Gal S) và 3,6-anhydro D-galctose (Gal A). Cấu
trúc phân tử của kappa-carrageenan là vòng xoắn kép bậc 3.






Hình 1.1. Cấu trúc của kappa-carrageenan

1.2.2. Cấu trúc hóa học của iota-carrageenan [6]
Iota-carrageenan cũng có cấu tạo tương tự kappa-carrageenan,
ngoại trừ 3,6-anhydro-galactose bị sulphat hóa ở C
2
. Iota-carrageenan là
carrageenan có nhóm sulphat nhiều nhất trong mạch phân tử, cấu trúc là
vòng xoắn kép bậc 2. Gel iota-carrageenan có tính đàn hồi và mềm hơn
so với kappa-carrageenan.

CH
2
OH
O

O
OH

O

OH
OSO
2

O

O
n
7

Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của iota-carrageenan
1.2.3. Cấu trúc hóa học của lamda-carrageenan

Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của lamda-carrageenan
Trong mạch phân tử các đơn vị monomeric được xen kẽ với nhau,
các đơn vị gồm D-galactose-2-sunphat (1,3) và D-galactose-2,6-
disunphat (1,4).
Các phân đoạn này đều có tính đa phân tán, nhưng chúng khác
nhau về thành phần ester sunphate và gốc quay quang. Lamda-
carrageenan có khối lượng phân tử cao và mạch dài hơn kappa-
carrageenan. Thành phần này cũng phụ thuộc vào phương pháp, chế độ
xử lý, nấu chiết và loại rong nguyên liệu.
1.3. Tính chất của carrageenan
1.3.1. Tính tan [5], [11]
Carrageenan tan với vận tốc khác nhau phụ thuộc vào loại, nhiệt
độ, bản chất dung môi.

O
O
O

CH
2
OH OSO
2

O
OH
O
OSO
3
-

n

8

Lamda-carrageenan tan trong nước ở nhiệt độ thường và mang
tính ưa nước nhất do trong phân tử có chứa ba nhóm sunfat. Kappa-
carrageenan tan hoàn toàn ở nhiệt độ khoảng 80
0
C [10]. Iota-carrageenan
có chứa hai nhóm sunfat vì thế hòa tan ở nhiệt độ khoảng 30 ÷ 40
0
C.
Bảng 1.1. Tính tan của carrageenan trong các môi trường
khác nhau [5]
Môi trường
κ
-carrageenan
ι
-carrageenan

-carrageenan
Nước nóng Tan ở >70

0
C Tan ở >70
0
C Tan
Nước lạnh
- -
Tan trong các loại
muối
Sữa nóng Tan Tan Tan
Sữa lạnh Không tan Không tan Phân tán dày
Sữa lạnh
(tetrasodium
pyrophophate)
Đặc hoặc tạo gel Đặc hoặc tạo gel Tạo độ đặc hoặc
tạo gel
Dung dịch đường Tan trong dung
dịch lạnh và nóng

Khó tan Tan trong dung
dịch nóng
Dung dịch muối Tan trong dung
dịch nóng
Tan trong dung
dịch nước nóng
Tan trong dung
dịch nóng
Dung dịch hữu cơ Không tan Không tan Không tan

Kappa-carrageenan và lamda-carrageenan hòa tan trong dung dịch
saccharose nóng ở nồng độ lớn hơn 65% và nhiệt độ 70

0
C, trong khi đó
iota-carrageenan không hòa tan dễ dàng trong dung dịch saccharose
nóng ở bất kì nhiệt độ nào. Iota-carrageenan có thể chịu được nồng độ
cao của các chất điện phân như NaCl ở nồng độ > 25% trong khi kappa-
carrageenan bị kết tủa.

9

1.3.2. Độ nhớt [21]
Độ nhớt của các dung dịch carrageenan phụ thuộc rất lớn vào từng
loại carrageenan, khối lượng phân tử, nồng độ và nhiệt độ.
Sự liên quan tỷ lệ thuận giữa độ nhớt và trọng lượng phân tử của
carrageenan có thể mô tả bằng công thức cân bằng của Mark-Houwink
như sau:
[η] = K (M
w
)
α

Trong đó:
η: độ nhớt
M
w
: trọng lượng phân tử trung bình
K và α: hằng số phụ thuộc vào dạng của carrageenan

và dung môi hòa tan.
1.3.3. Tính trương nở [6]
Carrageenan hút nước mạnh và sự hút kèm theo trương phồng

đáng kể tạo thành gel theo thời gian khi nó tiếp xúc với dung môi.
Carrageenan là polysaccharide có cực nên trương nở trong dung môi có
cực (nước).
1.3.4. Khả năng và cơ chế tạo gel [6]
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 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.
10

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 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.





11


Hình 1.4. Tác dụng của nhiệt độ đối với cơ chế chuyển đổi từ
dung dịch sang gel
Bảng 1.2. Tính chất gel của các loại carrageenan khác nhau [6]
Sự tạo gel Kappa Iota Lamda
Gel chắc nhất Với K
+
Với Ca
+
Không tạo gel
Cấu trúc gel Giòn, dễ vỡ Đàn hồi
Đông lại sau khi kéo Có Không Không
Sự đông đặc Có Không Không
Tính ổn định khi làm
Đông/ tan giá
Không Có Có

Đặc tính tạo gel của các loại carrageenan khác nhau như sau:
Kappa-carrageenan
- Tạo gel bền, rắn chắc với K
+

- Tạo gel giòn với Ca
2+

Iota-carrageenan
- Gel đàn hồi
- Kết tủa khi có mặt của Ca
2+

- Gel bền trong quá trình rã đông và làm đông
Lamda- carrageenan
- Không tạo gel
12

- Dung dịch có độ nhớt cao
1.3.5. Phản ứng với protein [6]
Đây là một trong những tính chất quan trọng của carrageenan và
cũng là tính chất đặc trưng cho tất cả các chất tạo gel cũng như các chất
không tạo gel. 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.

Hình 1.5. Các hình thức liên kết giữa carrageenan với protein

1.3.6. Khả năng tương tác với các chất khác [18], [19], [20]
Kappa-carrageenan có khả năng tương tác với một số thành phần
khác giúp làm tăng khả năng tạo gel và tăng trạng thái lưu biến.
Bổ sung đồng thời muối Canxi và Kali với tỷ lệ từ 0,2 ÷ 0,8% sẽ
làm tăng độ chắc của thạch.
Carrageenan có tương tác với saccharose và các polyol do hình
thành các liên kết hydro giữa nhóm -OH của polysaccharide và
saccharose và nhờ giảm hoạt độ của nước [20]. Agar cũng có tương tác
với saccharose, tuy nhiên do carrageenan chứa nhiều nhóm sunfat hơn vì
13

thế số lượng liên kết hydro và tương tác của carrageenan thể hiện rõ rệt
hơn [19].
Carrageenan có tương tác với Konjac mannan và một số loại gum
như locust bean gum, trong đó tùy thuộc vào hàm lượng nó sẽ có tác
dụng làm tăng độ nhớt, độ bền gel và độ đàn hồi của gel.
Ở hàm lượng cao carrageenan làm tăng độ bền gel của guar gum
nhưng ở hàm lượng thấp, nó chỉ có thể làm tăng độ nhớt.
Khi carrageenan được cho vào những dung dịch của gum ghatti,
alginate và pectin nó sẽ làm giảm độ nhớt của các dung dịch này.
Những nghiên cứu mới đây còn cho thấy khả năng liên kết giữa
carrageenan với genipin. Kết quả làm tăng độ nhớt, độ bền nhiệt và đặc
biệt khả năng ổn định trong khoảng pH 1 ÷ 12. Nhờ đó có triển vọng ứng
dụng carrageenan trong một số loại thực phẩm với pH thấp [18].
1.3.7. Tính chịu nhiệt [25]
Gel carrageenan không bền với nhiệt, nhiệt độ nóng chảy của gel
carrageenan thấp hơn nhiều so với agar do hàm lượng 6 – o – metyl –
galactoso trong carrageenan ít hơn nhiều so với agar.
1.3.8. Tính bền axit [6]
Với hệ pH thấp cùng với sự tác dụng của nhiệt độ thì sự thủy phân

xảy ra nhanh hơn do đó gel carrageenan rất kém bền trong môi trường
axit
.

1.3.9. Tính hấp thụ tia hồng ngoại và màu [6]
Dung dịch carrageenan là một chất hữu cơ nên có khả năng hấp
thụ hồng ngoại cho phổ có bước sóng trong phạm vi nhất định, phụ
thuộc vào thành phần carrageenan. Dựa vào tính chất này mà người ta
biết được carrageenan đó thuộc loại nào: kappa-carrageenan, iota-
carrageenan, lamda-carrageenan.
14

Các loại polysaccharide thường cho bước sóng ở vùng hồng ngoại
trong khoảng 1.000-1.100 cm
-1
. Với các loại carrageenan tạo gel thì cho
mũi hấp thụ cực đại (mũi hấp thụ trong khoảng rộng) ở 1.065 cm
-1
, loại
không tạo gel có mũi hấp thụ thấp hơn 1.020 cm
-1
.
1.3.10. Phản ứng tạo tủa [6]
Carrageenan là một polymer mang điện tích âm nên sẽ kết tủa
trong các đại phân tử mang điện tích dương như: metylen xanh,
safranine, mauvine, những phẩm màu azo thiazo khác, tính chất này
giống một vài alkaloid và protein.
1.3.11. Tính thủy phân và sự metyl hóa, ứng dụng để xác định công
thức cấu tạo của carrageenan [6]
Dung dịch carrageenan ít bị thủy phân trong môi trường pH 9, ở

môi trường pH 7 dung dịch muối natri carrageenan bị thoái hóa do phân
tử carrageenan bị đứt liên kết 3,6 anhydrogalactose. Và từ phản ứng xác
định tính thủy phân kiềm của nhóm ester sulphat ở C
4
trong gốc
galactose.
Carrageenan mà đặc biệt là κ-carrageenan sẽ bị thủy phân bởi
enzyme seudomonate carrageenan hay κ-carrageenanovora. Khi
carrageenan (κ-, λ-) bị thủy phân bởi enzyme này thì độ nhớt của dung
dịch giảm đi rất nhiều và làm tăng khả năng khử, tạo các sản phẩm thuộc
dãy đồng đẳng của oligosaccharide sulphat, 3-o- 3,6-anhydrose-α-D
galactose)-D-galactose-4-o-sunfatca.
Carrageenan bị metyl hóa tạo ra các dẫn xuất methyl như 2,4,4,6-
tetra-methyl D (L) –galactose hoặc 2,4,6-tri-o-methyl-D (L) -galactose
và dựa vào đặc tính này người ta xác định được thành phần cấu trúc của
carrageenan[6].

15

1.3.12. Một vài tính chất khác [6]
Carrageenan cho 3 phản ứng màu đặc trưng: oerin, carbazol,
diphenylamin. Tất cả các cation có trong polymer của carrageenan có thể
bị ion hóa như những muối monometallic, carrageenan khi bị thủy phân
cho các sản phẩm: glucose, pentose, fructose, axit ketogluconic,
1.4. Nguyên liệu sản xuất carrageenan- rong đỏ carrageenophyte
vùng nhiệt đới
1.4.1. Tổng quan về rong sụn [8]
Rong sụn (Kappaphycus alvarezii) mới được đưa vào trồng ở
nước ta từ năm 1993 và hiện nay đang được trồng phổ biến với năng suất
khá cao ở các tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ như: Khánh Hòa, Ninh

Thuận,
Các công trình nghiên cứu về sinh thái của rong sụn đã khẳng
định: rong sụn hoàn toàn có khả năng sinh trưởng, phát triển tốt ở ven
biển Việt Nam, trong các đầm, vịnh nhiều san hô, bãi ngang, ao, hồ,
lặng sóng gió ở các tỉnh Nam Trung Bộ.
Năm 1999 năng suất rong sụn thu được ở bờ biển Ninh Thuận vào
khoảng 60 tấn rong khô/ năm, năng suất này đã tăng cao hơn trong
những năm gần đây.
Năm 2007, sản lượng rong khô thu được là 3.200 tấn rong khô/
năm và chủ yếu xuất khẩu sang thị trường các nước như: Philippine,
Nhật Bản, , một số ít phục vụ cho thị trường nội địa [8].
1.4.2. Đặc điểm, hình thái của rong sụn




16










Hình 1.6. Hình ảnh cây rong sụn

Rong sụn là loài rong có đặc tính dòn dễ gẫy khi tươi. Rong sụn

có thân dạng trụ tròn. Đường kính thân chính có thể đạt tới 20 mm. Đây
là loại cây sinh sản vô tính tự nảy mầm, chồi hình thành cây mới, ưa mặn
chỉ sinh trưởng và phát triển tốt ở những vùng có độ mặn cao (28-30%),
nhiệt độ từ 25- 28
0
C, giàu các muối dinh dưỡng (Amon, Nitrat, Photphat,
…), cường độ ánh sáng thích hợp nhất từ 30.000 – 50.000 lux.

Loài rong này có tốc độ phát triển rất nhanh trong những điều kiện
thích hợp: từ một bụi trồng ban đầu có trọng lượng khoảng 100g sau 3
tháng có thể tăng trưởng thành bụi rong có trọng lượng khoảng 1,4-
1,6kg, thời gian thu hoạch ngắn từ 2-2,5 tháng.
1.4.3. Thành phần hóa học của rong sụn [14], [15], [16],[25]
Những thành phần quan trọng nhất trong rong sụn là cacbohydrat,
protein, lipit, sắc tố, vitamin,…
Trong rong sụn, carrageenan là polysaccharide chiếm tỷ lệ nhiều
nhất. Phần lớn chúng có khối lượng phân tử trung bình 500- 1.000 kDa.
Tuy nhiên hàm lượng polysaccharide với khối lượng phân tử dưới 100
kDa có thể lên đến 25% tùy loại rong [15].
17

Một số loài rong sụn Kappaphycus alvarezii trồng tại Philippine
cho hàm lượng carrageenan rất cao lên đến 68%, ở Madagasca – 73,6%.
Tuy nhiên, lượng iota-carrageenan trong rong chiếm tỷ lệ khá cao có thể
dao động 30 ÷ 34% [16].
Trong Kappaphycus alvarezii trồng tại Ấn Độ, tổng hàm lượng
hợp chất chứa gốc phenol 0,68 ÷ 2,05% trọng lượng rong khô phụ thuộc
dung môi chiết [14].
Chất khoáng trong rong sụn chiếm tỷ lệ khá cao, có thể lên đến
49% tùy vào độ mặn vùng trồng. Chính nhờ hàm lượng khoáng cao nên

tạo lớp muối trắng bao phủ rong khô, chính lớp muối này có tác dụng ức
chế vi sinh vật. Vì vậy, rong khô vẫn giữ được chất lượng dù độ ẩm
trong rong nguyên liệu lên đến 40% [25].
Nghiên cứu thành phần monosaccarit của rong sụn Kappaphycus
alvarezii trồng tại Cam Ranh cho thấy hàm lượng 6- O- metyl galactose
chiếm tỷ lệ nhỏ từ 0,5 ÷ 1,0%, chính vì lý do đó nhiệt độ tan chảy của
kappa-carrageenan tự nhiên (50 ÷ 55
0
C) và thấp hơn nhiều so với agar
(>80
0
C) có trong Gracilaria với hàm lượng 6- O- metyl galactose lên
đến 8%.
Hàm lượng glucose – sản phẩm thủy phân tinh bột thực vật có
trong rong chiếm tỷ lệ nhỏ dưới 1,5%. Điều đó cho phép thu được chế
phẩm carrageenan với độ tinh sạch cao.
Tỷ lệ 3,6- anhydrogalactose : galactose (A/G) cho biết độ đều đặn
cấu trúc carrageenan và là chỉ số cho biết sức đông của gel carrageenan.
Tỷ lệ càng gần 1 thì sức đông càng cao.
Carrageenan tự nhiên chiết từ rong sụn trồng tại Cam Ranh có tỷ
lệ A/G khá cao 0,86 trong khi mẫu kappa-carrageenan hãng Sigma đạt
0,94. Để nâng cao chỉ số A/G có thể sử dụng kiềm để tăng hàm lượng
18

3,6-anhydrogalactose, tuy nhiên sức đông của gel 2% kappa-carrageenan
khá cao trên 700 g/cm
2
, đủ đáp ứng chỉ tiêu kappa-carrageenan cấp thực
phẩm. Vì vậy việc sử dụng kiềm có thể được bỏ qua.
Trong rong sụn có chứa nhóm sắc tố đặc trưng R-phycocythrine

loại 1 có màu đỏ, R-phycocyanin và allophycocyanin có màu xanh thẫm.
Tỷ lệ các sắc tố khác nhau sẽ tạo cho cây rong sụn có những biến thể
màu sắc khác nhau như nâu, xanh lục [25].
1.5. Một số quy trình công nghệ sản xuất carrageenan [3]
1.5.1. Sản xuất carrageenan bán tinh chế


















Hình 1.7. Sơ đồ sản xuất carrageenan bán tinh chế [3]


Xay mịn
Sản phẩm SRC
Ngâm
Rong Kappaphycus alvarezii

T: 120 phút
T
0
: 90 ±2
0
C
Tỷ lệ W/V : 1/30
Xử lý KOH
Rửa sạch đến pH=7
Rửa sạch
Phơi khô/ sấy khô
Tẩy màu (H
2
O
2
)
T: 12 phút
Tỷ lệ W/V: 1/3