nghiên cứu sản xuất carrageenan từ rong sụn kappaphycus alvarrezii (doty) doty bằng phương pháp sử dụng enzym viscozyme l

1

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha
Trang, phòng Đào tạo Đại học, Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm lời cảm
ơn, niềm tự hào đã được học tập tại trường trong những năm qua.
Lòng biết ơn chân thành xin được giành cho thầy TS. Vũ Ngọc Bội - Trưởng
khoa Công nghệ Thực phẩm, đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian em thực
hiện đề tài vừa qua.
Xin chân thành biết ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm đã
giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quí báu trong suốt quá trình học tập tại
Trường Đại học Nha Trang để em làm hành trang sau này.
Xin cảm ơn các thầy cô giáo ở các phòng thí nghiệm của Bộ môn Công nghệ
Thực phẩm, phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học, phòng thí nghiệm Hóa sinh-Vi
sinh, Trung tâm thực hành thí nghiệm, Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học đã tạo
điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực tập.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thành viên trong gia đình, các bạn cùng làm
thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ em thực hiện đề tài.


i

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5
CHƯƠNG I 7
TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME
VISCOZYME L 7
1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN 7

1.1.1. Giới thiệu về rong sụn 7
1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn 8
1.1.3. Thời vụ trồng rong sụn 9
1.1.4. Thành phần hóa học của rong sụn 9
1.1.5. Ứng dụng của rong sụn 11
1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN 12
1.2.1. Giới thiệu về carrageenan 12
1.2.2. Cấu tạo và phân loại carrageenan 13
1.2.3. Một số tính chất của carrageenan 15
1.2.4. Ứng dụng của carrageenan 21
1.3. TỔNG QUAN VỀ ENZYM VISCOZYME L 23
1.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CARRAGEENAN 24
1.5. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 26
1.5.1. Một số phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết 26
1.5.2. Kỹ thuật nấu chiết carrageenan 27
1.5.3. Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan 29
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 VISCOZYME L 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 35
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 43
2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 43

CHƯƠNG III 44
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44
3.1. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUY TRÌNH SẢN
XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ
DỤNG ENZYME VISCOZYME L 44
3.1.1 Xác định nồng độ enzyme trong công đoạn xử lý 44
3.1.2. Xác định nhiệt độ xử lí enzyme 47
3.1.3. Xác định tỉ lệ nước nấu/rong trong công đoạn nấu chiết 49
3.1.4. Xác định thời gian nấu thích hợp 53
3.1.5. Xác định pH thích hợp 56
3.2. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 60
3.3. SẢN XUẤT THỬ SẢN PHẨM VÀ TÍNH CHI PHÍ NGUYÊN VẬT LIỆU
CHO SẢN PHẨM···································································································62
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 64
1. KẾT LUẬN 64
2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 64

iii



DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi 7
Hình 1.2 Hình ảnh rong sụn khô 7
Hình 1.3. Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D –
galactose pyranose và α – D –galactose pyranos 13
Hình 1.4. Cấu tạo của k – carrageenan 14
Hình 1.5. Cấu tạo của I –carrageenan 14
Hình 1.6. Cấu tạo của λ – carrageenan 15
Hình 1.7. Mô hình phản ứng giữa Carrageenan và Protein 16

Hình 1.8. Quá trình tạo gel đông của Carrageenan 18
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến hiệu suất thu
nhận carrageenan 44
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến sức đông của
carrageenan 45
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến độ nhớt của
carrageenan 45
Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến hiệu suất thu nhận
carrageenan Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến sức đông của carrageenan
Error! Bookmark not defined.
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến độ nhớt của carrageenan
Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến hiệu suất thu carrageenan
Error! Bookmark not defined.
iv

Hình 3.8. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến sức đông của carrageenan
Error! Bookmark not defined.
Hình 3.9. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến độ nhớt của carrageenan
Error! Bookmark not defined.
Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến hiệu suất thu nhận carrageenan 54
_Toc298331636
Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến sức đông của carrageenan Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến độ nhớt của carrageenan 55
Hình 3.13. Ảnh hường của pH nấu chiết đến hiệu suất thu nhận carrageenan 57
Hình 3.14. Ảnh hường của pH nấu chiết đến sức đông của carrageenan 57
Hình 3.15. Ảnh hường của pH nấu chiết đến độ nhớt carrageenan 58
Hình 3.16. Hình ảnh về sản phẩm carrageenan dạng sợi 653

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của rong sụn 10
Bảng 1.2. Hàm lượng amino acid của rong sụn 11
Bảng 1.3. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau 19


5

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.
Viscozyme L 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
6

sử dụng ít hơn thậm chí 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
sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarrezii(Doty) Doty
bằng phương pháp sử dụng enzym Viscozyme L”.
Mục tiêu của đề tài: sử dụng enzyme viscozyme L thay thế hóa
chất để xử lý rong sụn trong quá trình sản xuất carrageenan.
Nội dung của đề tài:
1) Tìm hiểu tình hình nghiên cứu carrageenan từ rong sụn
Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty tại Việt Nam;
2) Xác định một số điều kiên thích hợp cho việc sản xuất
carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty bằng
phương pháp sử dụng enzyme Viscozyme L;
3) Sơ bộ đề xuất quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn
Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty bằng phương pháp sử dụng enzyme
viscozyme L;
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.

7

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME
VISCOZYME L
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
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
8

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.
Rong sụn thuộc ngành rong đỏ Rhodophyta có chứa sắc tố
chlorophyll và phycobline nên rong sụn chỉ thích nghi với ánh sang có

9

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.
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
10

%. 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 %
Carrageena
n
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 %
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
11

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
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
12

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
nay, các nước sản xuất carrageenan chủ yếu là: Mỹ, Đan Mạch, Pháp,
Nhật, Tây Ban Nha, Trung Quốc, Hàn Quốc, Brazil, Philippines, …
13

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
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
14

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







Hình 1.5. Cấu tạo của I –carrageenan
15

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
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
16

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.

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
-

17


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 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:
18

- 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.






B
ổ
sung K
+

Đun
nóng

Làm lạnh
K
+

19

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 – 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
Đông đặc hoặc Đông đặc hoặc tạo Tăng khả năng tạo
20

(tetrasodium
pyrophospha
te)
tạo gel gel gel
Dung dịch
đường có
nồng độ cao
Tan trong dung
dịch nóng
Khó tan
Tan trong dung dịch
nóng

Dung dịch
muối có
nồng độ cao
Không tan trong
dung dịch nóng
và lạnh
Tan trong dung
dịch nóng
Tan trong dung 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
21

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 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.
22

 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. 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
23

 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 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 VISCOZYME L
Viscozyme L được sản xuất từ chủng Aspergillus aculeatus. Là
một đa enzyme của cacbohydrases bao gồm cellulase, beta-
glucanase,hemicellulase và xylanase. Viscozyme L hoạt động ở nhiệt độ
40-50

o
C , điều kiện pH tối ưu 3.3-5.5
Viscozyme L được ứng dụng trong công nghiệp vải có tác dụng:
 Giảm sợi xù lông và lông tơ.
 Gia tăng cảm giác trên bề mặt vải (mền và mịn).
 Làm bóng mặt vải và gia tăng sự phản chiếu ánh sáng.
 Gia tăng sự hấp thụ nước.
 Ứng dụng của enzyme Viscozyme L: Viscozyme L có một số
ứng dụng sau :.
+ Trong sản xuất agar - agar: dưới tác dụng của Viscozyme L
thành tế bào rong có chứa cellulose sẽ bị thủy phân làm cho quá trình
chiết rút agar - agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vỡ thành
tế bào.
24

+ Trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi: Việc bổ sung
viscozyme L trực tiếp vào thức ăn sẽ làm tăng khả năng đồng hóa thức
ăn trong đường tiêu hóa động vật, tăng khă năng hấp thụ và chuyển hóa
thức ăn động vật.
+ Trong công nghiệp sản xuất dung môi hữu cơ : Viscozyme L
sẽ phá hủy tế bào giúp tăng lượng đường tạo thành và đẩy nhanh tốc độ
tiếp xúc tinh bột với amylase dẫn tới hiệu suất thu hồi rượu sẽ tăng.
1.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU
CARRAGEENAN
+ Trong nước
Năm 1993, tác giả Huỳnh Quang Năng, Phân Viện phó - Phân viện
Khoa học Vật liệu Nha Trang là người có công du nhập và nuôi trồng
thử nghiệm rong sụn Kappaphycus alvarezii ở vùng ven biển, đảo phía
Nam. Dựa vào đặc điểm của rong là thân mềm và giòn như xương sụn
nên ông đặt tên Việt Nam cho loại rong này là rong sụn.

Các nhà khoa học thuộc phân viện khoa học vật liệu Nha Trang
cũng đã nghiên cứu và xác định được trong rong rất giàu các chất
khoáng có thể sử dụng để chế biến các loại thực phẩm chức năng phòng
và chữa bệnh bướu cổ, suy dinh dưỡng, ngăn ngừa và phòng chống một
số bệnh nan y như: rong mứt có tác dụng ức chế sự sinh trưởng của
Sarcoma-180 phòng các bệnh u bướu, ung thư.
Đống Thị Anh Đào (1999) đã nghiên cứu thu nhận carrageenan từ
rong sụn Kappaphycus alvarezii nuôi trồng ở Ninh Thuận. Kết quả cho
thấy, hàm lượng carrageenan ttrong rong sụn chiếm đến 40 % tổng số
các thành phần. Ngoài ra, tác giả còn tìm thấy trong rong thành phần
protein của rong sụn còn chứa 11 acid amin với hàm lượng khá cao.