Nghiên cứu sản xuất Carrageenan từ bột rong sụn Kappaphycus Alvarezii (Doty) Doty được xử lý bằng phương pháp ép tách nước rong sụn tươi

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

*

*

*

*




HUỲNH THỊ BIẾT





NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT
CARRAGEENAN TỪ BỘT RONG SỤN
KAPPAPHYCUS ALVAREZII (DOTY) DOTY
ĐƯC XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ÉP
TÁCH NƯỚC RONG SỤN TƯƠI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm



GVHD: TS. ĐỖ VĂN NINH




NHA TRANG - NĂM 2013

i




LỜI CẢM ƠN
Sau 3 tháng nghiên cứu và thực tập tại phòng thí nghiệm đến nay em
đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp.
Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này em đã nhận được sự giúp đỡ tận
tình của thầy hướng dẫn, các thầy cô trong khoa Chế biến cùng các thầy cô phụ
trách phòng thí nghiệm và các bạn cùng thực tập.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Đỗ Văn Ninh và Th.s Bùi Huy Chích đã
tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập và hoàn thành
bài báo cáo này.
Các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm đã giúp đỡ chỉ bảo em rất

nhiều trong quá trình 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.

Khánh Hòa, ngày 30 tháng 06 năm 2013
Sinh viên


Huỳnh Thị Biết






ii





MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH vi
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN VÀ CARRAGEENAN 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. Thành phần hóa học của rong sụn 5
1.1.3.1. Nước 5
1.1.3.2. Gluxit 5
1.1.3.3. Protein 5
1.1.3.4. Lipid 6
1.1.3.5. Sắc tố 6
1.1.3.6. Chất khoáng 6
1.1.3.7. Enzyme 6
1.1.4. Chế biến rong sụn Kappaphycus alvarezii trên thế giới và ở Việt Nam 7
1.1.4.1. Chế biến rong sụn kappaphycus alvarezii trên thế giới 7
1.1.4.2. chế biến rong sụn trong nước 10
1.2. TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN 11
1.2.1. Lịch sử phát triển của carrageenan 11
1.2.2. Cấu tạo và phân loại carrageenan 12
1.2.2.1. Cấu tạo 13
1.2.2.2. Phân loại 13
1.2.3. Tính chất hóa lý của carrageenan 14
1.2.3.1. Tính tan 14
iii




1.2.3.2. Độ nhớt 15
1.2.3.3. Tương tác giữa carrageenan với protein 16
1.2.3.4. Khả năng và cơ chế tạo gel 16
1.2.3.5. Tính chất hóa học của một polymer 18
1.2.3.6. Tính bền axit 19

1.2.3.7. Tính hấp thụ tia hồng ngoại và màu 19
1.2.4. Ứng dụng của carrageenan 19
1.2.4.1. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm 21
1.2.4.2. Ứng dụng trong mỹ phẩm và thuốc đánh răng 22
1.2.4.3. Ứng dụng trong y dược 22
1.2.4.4. Ứng dụng trong nông nghiệp 23
1.2.4.5. Các ứng dụng khác trong công nghiệp 23
1.2.5. Một số phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết 24
1.2.5.1. Xử lý trong môi trường nước nóng 24
1.2.5.2. Xử lý trong môi trường kiềm 24
1.2.5.3. Xử lý trong môi trường axit 24
1.2.5.4. Xử lý bằng enzyme cellulase 24
1.2.5.5. Xử lý bằng phương pháp cơ học (ép tách nước) 25
1.2.6. Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan xử lý bằng hóa chất 26
CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU 29
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29
2.2.1. Các phương pháp phân tích 29
2.2.2. Phương pháp xử lý rong 30
2.2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm 32
2.2.3.1. Quy trình dự kiến 32
2.2.3.2. Bố trí thí nghiệm 33
2.2.3.3. Xử lý số liệu thực nghiệm 37
2.2.3.4. Thiết bị sử dụng trong luận văn 38
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39
3.1. Kết quả xử lý rong tươi Kappaphycus alvarezii 39
iv

3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố modun thủy áp, nhiệt độ và thời gian nấu
chiết ảnh hưởng đến hiệu suất, độ nhớt, sức đông của carrageenan 40
3.2.1. Kết quả ảnh hưởng của modun thủy áp đến hiệu suất, sức đông,
độ nhớt của carrageenan trong quá trình nấu chiết 40
3.2.2. Kết quả ảnh hưởng nhiệt độ nấu chiết đến hiệu suất, sức đông độ
nhớt của carrageenan 42
3.2.3. Kết quả của thời gian nấu chiết ảnh hưởng đến hiệu suất, độ nhớt
và sức đông của carrageenan 45
3.3. Kết quả bố trí tối ưu công đoạn nấu chiết 47
3.3.1. Kết quả ảnh hưởng của modun, thời gian, nhiệt độ nấu chiết đến
hiệu suất thu hồi carrageenan 47
3.3.2. Chọn phương án tối ưu 52
3.3.3. Thí nghiệm kiểm chứng mô hình 53
3.4. Đề xuất quy trình sản xuất carrageenan 53
3.5. Tính toán sơ bộ giá thành sản phẩm 57
3.6. Đánh giá ưu điểm của phương pháp xử lý cơ học ép tách nước với
phương pháp sử dụng hóa chất 58
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 61
1. KẾT LUẬN 61
2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 62
PHỤ LỤC




v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Sản lượng rong sụn trên thế giới năm 2001 4
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của rong sụn 5
Bảng 1.3. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau 15
Bảng 1.4. Một số ứng dụng của carrageenan 21
Bảng 2.1. Bố trí thí nghiệm quy hoạch tối ưu hóa công đoạn nấu chiết
carrageenan theo mô hình 2 level - factorial 37
Bảng 3.1. Kết quả phân tích ANOVA theo mô hình 2 Level Factorial design
về ảnh hưởng của modun thủy áp, thời gian và nhiệt độ nấu chiết đến hiệu
suất thu hồi carrageenan 48
Bảng 3.2. Các hệ số sau khi phân tích hồi quy ANOVA về hiệu suất 48
Bảng 3.3. Kết quả phân tích mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất
thu hồi carrageenan trên phần mềm DX 8.0 49
Bảng 3.4. Kết quả phân tích ANOVA theo mô hình 2 Level Factorial design
về ảnh hưởng của modun, thời gian và nhiệt độ nấu chiết đến sức đông của
carrageenan 50
Bảng 3.5. Các hệ số sau khi phân tích hồi quy ANOVA về sức đông 50
Bảng 3.6. Kết quả phân tích mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến sức đông
carrageenan trên phần mềm DX 8.0 51
Bảng 3.7. Các giải pháp tối ưu theo mô hình 2 Level Factorial Design 52
Bảng 3.8. Bảng giá của một số sản phẩm carrageenan trên thế giới 58

vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi 3
Hình 1.2. Sơ đồ sản xuất carrageenan tinh khiết 8
Hình 1.3. Sơ đồ sản xuất carrageenan bán tinh khiết 9
Hình 1.4. Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D –
galactose pyranose và α – D – galactose pyranose 13
Hình 1.5. Cấu tạo của kappa – carrageenan 13
Hình 1.6. Cấu tạo của ιota – carrageenan 14
Hình 1.7. Cấu tạo lambda – carrageenan 14
Hình 1.8. Các hình thức liên kết giữa carrageenan với protein 16
Hình 1.9. Tác dụng của nhiệt độ đối với cơ chế chuyển đổi từ dung dịch sang gel 18
Hình 1.10. Sơ đồ quy trình sản xuất carrageenan của Th.s Đào Trọng Hiếu 26
Hình 1.11. Quy trình sản xuất carrageenan của Th.s Dương Chí Thanh 27
Hình 2.1. Hình ảnh rong sụn tươi được mua ở Bình Thuận 29
Hình 2.2. Phương pháp xử lý rong nguyên liệu bằng phương pháp xử lý ép
tách nước rong sụn tươi kappaphycus alvarezii 31
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình dự kiến 32
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định giá trị biên về modun nấu chiết 34
Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm xác định giá trị biên về nhiệt độ nấu chiết 35
Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm xác định giá trị biên về thời gian nấu chiết 36
Hình 3.1. Bột rong bán thành phẩm 39
Hình 3.2. Đồ thị ảnh hưởng của modun nấu chiết đến độ nhớt carrageenan 40
Hình 3.3. Ảnh hưởng của modun nấu chiết đến sức đông carrageenan 41
Hình 3.4. Ảnh hưởng của modun thủy áp đến hiệu suất thu hồi carrageenan 41
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu chiết đến hiệu suất thu hồi
carrageenan 43
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu chiết đến độ nhớt carrageenan 43
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu chiết đến sức đông carrageenan 44
vii

Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian nấu chiết đến hiệu suất thu hồi
carrageenan 45
Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian nấu chiết đến độ nhớt thu hồi
carrageenan 45
Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian nấu chiết đến sức đông carrageenan 46
Hình 3.11. Mức độ đáp ứng sự mong đợi – nấu chiết carrageenan 53
Hình 3.12. Sơ đồ quy trình sản xuất carrageenan từ bột rong bằng phương
pháp xử lý cơ học ép tách nước rong sụn tươi Kappaphycus alvarezii 54
Hình 3.13. Hình ảnh bột carrageenan sản xuất từ bột rong sụn
Kappaphycus alvarezii 57
Hình 3.14. Sản phẩm carrageenan với các phương pháp xử lý khác nhau 59




1



MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây rong biển dần trở thành thực phẩm phổ biến
trên thị trường và được người tiêu dùng ưa chuộng do có ý kiến cho rằng rong
biển là loại thực phẩm quý giá có nhiều chất dinh dưỡng tốt cho cơ thể và phòng
chống nhiều bệnh tật.
Nước ta là nước nhiệt đới có bờ biển dài, khí hậu thuận lợi cho việc nuôi
trồng và phát triển nhiều loại rong quý có giá trị kinh tế cao, kể từ khi du nhập

vào nước ta năm 1993, cây rong sụn tỏ ra thích hợp với khí hậu Việt Nam đặc
biệt là các tỉnh miền trung nước ta.
Trong khi các nước trên thế giới và trong khu vực, ngoài việc tìm các giải
pháp trồng nhằm nâng cao năng suất và chất lượng carrageenan của cây rong sụn
nguyên liệu, người ta còn áp dụng các công nghệ xử lý, chế biến các dạng sản phẩm
từ rong biển nói chung và rong sụn nói riêng để làm gia tăng giá trị hàng hóa, đa
dạng hóa sản phẩm từ rong sụn, đem lại lợi nhuận cao hơn cho người nuôi trồng. Thì
ở nước ta ngoài việc xuất khẩu rong nguyên liệu thô ra chưa hề có một công nghệ
chế biến, ngay cả sơ chế rong sụn để có thể làm gia tăng giá trị hàng hóa của cây
rong lên cũng chưa được nghiên cứu, ngoài một vài sản phẩm chế biến để ăn như
kim chi, bánh kẹo, mứt, gỏi, nhưng cũng không làm tăng giá trị sử dụng của cây
rong lên được bao nhiêu và cũng không thể giúp cho nghề trồng rong sụn phát triển
một cách bền vững.
Rong sụn là nguyên liệu để sản xuất carrageenan, một loại polysaccharide
được biết và sử dụng từ lâu, tuy nhiên các công trình nghiên cứu về rong sụn chủ
yếu tập trung vào nghiên cứu nuôi trồng và thu nhận carrageenan từ rong sụn
theo quy trình xử lý rong bằng acid, kiềm hoặc bằng enzyme.
Phương pháp xử lý hóa chất có nhược điểm không khử được các chất
khoáng carrageenan thu nhận được thường lẫn với hóa chất nên quá trình tinh chế
gặp nhiều khó khăn và hóa chất gây ô nhiễm môi trường. Phương pháp xử lý
rong bằng enzyme tốn chi phí cao nhưng hiệu suất thu được chưa cao, vì vậy cần
2



có một phương pháp xử lý rong vừa đem lại hiệu quả kinh tế vừa đảm bảo chất
lượng an toàn thực phẩm.
Xuất phát từ các vấn đề đó tôi được giao đề tài “Nghiên cứu sản xuất
carrageenan từ bột rong sụn (Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty) được xử lý
bằng phương pháp ép tách nước rong sụn tươi”

Mục tiêu đề tài
Thử nghiệm sản xuất carrageenan bằng phương pháp mới nhằm tăng hiệu
quả kinh tế.
Nội dung nghiên cứu:
1) Xác định các thông số thích hợp cho công đoạn nấu của quy trình sản
xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp xử lý ép tách nước rong sụn
tươi: modun thủy áp, nhiệt độ và thời gian nấu chiết.
2) Đề xuất quy trình sản xuất carrageenan bằng phương pháp xử lý ép
tách nước rong sụn tươi Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty.
3) Sản xuất thử carrageenan theo quy trình đề xuất và tính sơ bộ chi phí
nguyên vật liệu cho sản phẩm carrageenan sản xuất.
4) Đánh giá ưu, nhược điểm của quy trình sản xuất bằng phương pháp xử
lý cơ học so với phương pháp sử dụng hóa chất.
Ý nghĩa khoa học:
 Đưa ra quy trình sản xuất carrageenan mới góp phần làm đa dạng công
nghệ sản xuất carrageenan.
Ý nghĩa thực tiễn:
 Tạo ra hướng phát triển mới cho nghành công nghệ sản xuất chất phụ
gia áp dụng cho các cơ sở sản xuất.
 Thêm cơ hội cho người nông dân trồng rong sụn được tăng thu nhập


3




CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN VÀ CARRAGEENAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN

1.1.1. Giới thiệu về rong sụn
Rong sụn thuộc ngành Tảo hồng (Rhodophyta), Lớp Florideophyceae,
Phân lớp: Florideophycidae, Bộ: Gigartinales, Họ: Areschogiaceae, Giống:
Kappaphycus, Loài: alvarezii, trong đó loài kappaphycus alvarezii (Doty) Doty
là loài có sản lượng lớn nhất. [4]

Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi
Macxxell Doty là người đầu tiên tìm thấy rong sụn ở vùng biển Philippines
và năm 1972. Người có công thu nhận mẫu cùng với ông là Alvarezii, do vậy
Macxxell Doty đã đặt tên rong này là Euchuma alvarezii Doty. Khi phân tích
thành phần hóa học của rong này ông đã đổi tên Echuma alvarezii Doty thành
Kappaphycus alvarezii. Sau đó ông cùng với các nhà nghiên cứu tại trường đại
học Hawaii bắt đầu nghiên cứu pháp triển phương pháp nuôi trồng rong sụn ở
Hawaii. Từ đó, rong sụn nuôi trồng và phát triển rộng rãi ở nhiều nước như
Indonesia, Malaysia, Ấn Độ, Việt Nam … [5]
4




 Sản lượng rong sụn trên thế giới năm 2001
Bảng 1.1. Sản lượng rong sụn trên thế giới năm 2001[16]
Tên nước Sản lượng (tấn khô)
Indonesia 25000
Philippin 115000
Tazania 8000
Các nước khác 1000

Rong sụn được Viện Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Nha Trang di
nhập từ Philipines về Việt Nam tháng 3 năm 1993, đến tháng 11 năm 1993 lần

đầu tiên rong sụn được trồng thử nghiệm tại đầm Sơn Hải, kết quả thật bất ngờ,
từ 5 kg rong giống ban đầu sau 8 tháng trồng đã phát triển 20 tấn, phơi ra 2,5 tấn
rong khô bán với giá 10.000 đồng/kg, sau khi trừ chi phí còn lãi gần 15 triệu
đồng.
Năm 2002, người dân thử nghiệm đưa rong sụn ra trồng trực tiếp trên
biển thành công, kể từ đó đến nay diện tích trồng rong sụn không ngừng tăng,
đến năm 2005, sản lượng rong sụn của Ninh Thuận đã đạt 1.320 tấn khô, chiếm
40% sản lượng rong khô cả nước. Năm 2007, rong sụn tại Ninh Thuận bước đầu
xuất khẩu sang một số nước châu Âu như Pháp, Canada … [3]
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 Nha Trang đã thống nhất đặt tên Việt
Nam cho loại rong này là rong sụn, đặc điểm này cũng được sử dụng để phân
biệt với các loại rong hiện có ở Việt Nam.
Đây là loài 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 nước có độ mặn cao (28 –
30%), nhiệt độ từ 25 – 28
0
C, nước giàu các muối dinh dưỡng (Amon, Nitrat,
Photphat …), sự lưu chuyển và trao đổi nước thường xuyên đóng vai trò vô cùng
quan trọng cho sự phát triển của cây rong, tránh các bệnh thường gặp khi điều
5



kiện môi trường bất lợi. Loài rong này có tốc độ tăng trưởng rất nhanh trong
những điều kiện thích hợp, thời gian thu hoạch ngắn từ 2 – 2,5 tháng.
Hiện nay rong sụn đang là đối tượng được nhiều người dân quan tâm vì
điều kiện nuôi trồng dễ, ít mắc bệnh, thu nhập tương đối cao, thời gian thu hoạch
ngắn, ngư dân có thể kết hợp trồng rong với một số loài thủy sản mà không ảnh

hưởng gì đến cây rong. [3]
1.1.3. Thành phần hóa học của rong sụn
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của rong sụn [17]
Tên thành phần hóa học % khối lượng
Glucid 40 – 45%
Chất khoáng 20%
Protein 5 – 22%
Thành phần hóa học khác 13 – 35%

1.1.3.1. Nước
Hàm lượng nước chiếm 77 – 91%, hàm lượng nước giảm theo thời gian
sinh trưởng, ở giai đoạn tích lũy chất dinh dưỡng nước đạt 79%.
1.1.3.2. Gluxit
 monosaccharide và disaccharide
Galactose ở trạng thái kết hợp với acid gluceric tạo hợp chất không bền có
thể bị chiết xuất bởi ancol cao độ (> 90%)
Mantose ở trạng thái kết hợp với axit gluceric và natri tạo hợp chất
mannozidoglyxeratnatri, là disaccharide chiếm tỉ lệ 15%.
 Polysaccharide
Carrageenan là thành phần hóa học chủ yếu của rong sụn chiếm khoảng
40% trọng lượng rong khô.
1.1.3.3. Protein
Hàm lượng protein của rong sụn dao động trong khoảng 5 ÷ 22% (theo
viện nghiên cứu Nha Trang), hàm lượng protein trong rong sụn dao động với
biên độ khá lớn phụ thuộc giai đoạn sinh trưởng, vị trí địa lý và môi trường sống.
6



Theo nghiên cứu hàm lượng protein tăng dần theo thời gian sinh trưởng và đạt

giá trị cực đại ở giai đoạn sinh sản.
1.1.3.4. Lipid
Hàm lượng lipid trong rong sụn không đáng kể nhưng một số nhà nghiên
cứu cho rằng mùi tanh của rong là do lipid gây ra.
1.1.3.5. Sắc tố
Trong rong sụn có chứa một số sắc tố như sắc tố vàng (xanfoful), sắc tố
xanh lam (phycoxfanyn), sắc tố diệp lục tố (chlorofil), sắc tố của rong sụn kém
bền hơn sắc tố của các loại rong khác, vì vậy loại rong này có thể được tẩy màu
bằng phương pháp tự nhiên là phơi nắng.
1.1.3.6. Chất khoáng
Hàm lượng chất khoáng trung bình trong rong sụn khoảng 20% trọng
lượng khô, thành phần chủ yếu của chất khoáng trong rong sụn là: Ca, K, S, và
các nguyên tố khác như: Mg, Al, Ba, Sn, Fe, Si,… nồng độ Iod trong rong sụn
nhỏ hơn nhiều so với rong nâu.
Hàm lượng khoáng trong rong phụ thuộc vào điều kiện sống và giai đoạn
sinh trưởng. Rong sống trong đầm thường có hàm lượng khoáng thấp hơn rong
trồng trên biển, vì trong nước biển chứa hàm lượng các chất khoáng nhiều hơn
trong nước đầm.
1.1.3.7. Enzyme
Trong rong sụn có thể tách chiết được enzyme protease, dựa vào sự hoạt
động cả protease trong cây rong sụn trên nhiều cơ chất khác nhau người ta xếp nó
vào nhóm enzyme papain hay cathepsin (tazawa, Mw 1953)
Ngoài ra trong rong sụn còn chứa enzyme thủy phân glucid gồm hai loại
men oxydaza: một loại chuyển hóa đường đơn thành acid tương ứng: glucoza
thành gluconic, loại 2 chuyển hóa thành ozon.
7

1.1.4. Chế biến rong sụn Kappaphycus alvarezii trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.4.1. Chế biến rong sụn kappaphycus alvarezii trên thế giới
Trong số các sản phẩm từ rong biển xuất khẩu thì 65% là sản phẩm
carrageenan bán thành phẩm hoặc là dạng miếng đã qua xử lý kiềm, 13% là sản
phẩm rong khô thô và 22% là sản phẩm carrageenan tinh khiết (D.M. Luxton, 1993).
Kappaphycus alvarezii có giá cao hơn bởi khả năng sử dụng của nó vào
nhiều lĩnh vực hơn, tới 6 lĩnh vực: trong công nghiệp thực phẩm gồm các sản
phẩm từ sữa, trong chế biến thịt và gia cầm, xử lý môi trường nước, trong dược
phẩm, v.v , còn với rong Eucheuma denticulatum chỉ ứng dụng vào 3 lĩnh vực
là kem đánh răng, các sản phẩm sữa khác và dược phẩm.
Để làm gia tăng giá trị của rong sụn người ta đã chế biến ra nhiều dạng
sản phẩm từ rong Kappaphycus alvarezii để phục vụ cho xuất khẩu, làm đa dạng
hóa sản phẩm và làm gia tăng giá trị của cây rong lên nhiều lần (D.M. Luxton,
1993; Edgar Saavedra, 2006). Ví dụ: ở Philippines hiện nay có tới 5 dạng sản
phẩm từ rong Kappaphycus alvarezii cho xuất khẩu. [14]
1. Carrageenan tinh khiết
2. Carrageenan bán tinh khiết dùng trong thực phẩm loại tốt (Food Grade)
3. Carrageenan bán tinh khiết dùng trong chế biến thức ăn gia súc (Pet Food)
4. Dạng miếng đã qua xử lý kiềm
5. Rong khô nguyên liệu thô.
Quy trình công nghệ để chế biến nguyên liệu rong Kappaphycus alvarezii
đã qua xử lý kiềm cho xuất khẩu và chế biến carrageenan bán thành phẩm để sử
dụng cho các ngành kinh tế khác được rất nhiều các nhà nghiên cứu quan tâm
như Kuhnert và cộng sự 1993, trong hội nghị lần thứ 8 về kappa – carrageenan
bán tinh khiết 1996 và lần thứ 10 năm 1998, v.v , và mới đây là patent của Mỹ,
tháng 5 – 2005 (Eswaran K. Và cộng sự, 2005).
Những quy trình trên có thể mô tả bằng các sơ đồ sau:


8

Hình 1.2. Sơ đồ sản xuất carrageenan tinh khiết [14]

Rong ngâm trương, rửa sạch
Xử lý
Rửa trung tính
Nấu chiết

Lọc
Cô chân không
Đông thạch
Bã lọc
Đông lạnh
Nghiền
Xả đá
Ép nước
Sấy khô
Carrageenan tinh
9

Hình 1.3. Sơ đồ sản xuất carrageenan bán tinh khiết [14]
Một số công nghệ chiết rút carrageenan từ rong Đỏ đơn giản hơn cũng
được các nhà khoa học Nga đưa ra (Podkorytova A.V. và cộng sự, 1995). Quy
trình chiết tách carrageenan bán tinh chế (semi – refined) không dùng sút, bao
gồm những công đoạn chủ yếu sau: 1- xử lý rong nguyên liệu bằng dung dịch
axit HCl loãng ở 30 – 40
0
C trong thời gian 1- 2 giờ; loại bỏ màu bằng nước sạch;
Ngâm trương, rửa sạch rong
Chiết bằng KOH Chiết bằng KOH
Rửa nước tuần hoàn Rửa bằng nước ngọt và
cắt miếng
Phơi nắng
Phơi trên bạc
Tẩy màu
Xay nhỏ
Rửa bằng nước ngọt
Phơi cẩn thận sạch sẽ
Tiệc trùng
Xay nhỏ
Rong chế biến carrageenan
loại tự nhiên
Bột rong

10



3- chiết carrageenan bằng nước ở nhiệt độ 90 – 95
0
C trong 150 - 180 phút; lọc
lấy dịch; 5 – kết tủa và sấy khô. [14]
Sản phẩm carrageenan tinh khiết (refined carrageenan) có thể thu nhận
bằng cách kết tủa dung dịch chiết bằng cồn isopropanol, hoặc xử lý đông lạnh
như các quy trình trên hoặc sấy phun.
Ngoài ra Kappaphycus alvarezii còn được biết đến như một nguồn cung
cấp một số những hormon tăng trưởng như auxin, gibberlin, cytokinin và những
khoáng chất khác cho cây trồng. Chính vì vậy cùng với những loài rong biển
khác, Kappaphycus alvarezii cũng là đối tượng được chọn làm phân bón lá cho
cây trồng (Montano N. E. và cộng sự, 1990).
Trong hơn hai chục năm trở lại đây các nhà khoa học đã tập trung nghiên
cứu các loại phân bón lá từ rong biển và đã đưa ra đầy đủ các giá trị và tác dụng
của nó với các loại cây trồng. Kết quả cho thấy rằng: trong dịch chiết bằng kiềm
từ rong biển rất giàu các khoáng vi lượng cần thiết cho cây trồng, đặc biệt là các
chất khoáng đa lượng Ca, K, P, N và các khoáng vi lượng như Fe, Mo, Mn, Cu,
Co, Zn (Brain K.và cộng sự, 1973), các vitamin (Teeri, 1958), các axit amin
(Coulson, 1955), các chất kháng sinh (Maunter, 1963). Đặc biệt có chứa hàm
lượng cao các chất có tác dụng kích thích sinh trưởng cây trồng như Gibereline,
Cytokinin (Blunden G., 1977; (Brain K.và cộng sự, 1973), Auxin (Mowat J. A.,
1965). Motano N.E. và Tupas L.M.
Phân tích dịch chiết bằng kiềm từ 19 loài rong biển trong đó có 2 loài
rong Lục, 9 loài rong Nâu và 8 loài rong Đỏ cho thấy rằng Kappaphycus
alvarezii có luợng hormon sinh trưởng cao thứ 2 trong số rong nghiên cứu với
hàm lượng auxin là 6.100µg/g rong khô, gibberline – 231,7µg/g rong khô và

cytokinin- 6.600 µg/g rong khô (Montano N. E. và cộng sự, 1990). Khi dịch chiết
này đem bón cho cây, nó làm tăng năng xuất cây trồng lên từ 18 – 25%. [14]
1.1.4.2. chế biến rong sụn trong nước
Việc sơ chế rong Sụn sau thu hoạch cũng dừng ở mức rất đơn giản, chỉ
rửa sạch bằng nước biển, gỡ bỏ các tạp chất, phơi nắng, tránh mưa và nước ngọt,
phơi cho đến khi rong khô, giũ sạch cát, muối, rác cho vào bao, cất giữ nơi khô
ráo. Bằng cách này rong khô bảo quản trong điều kiện bình thường không được
11



lâu và chất lượng carrageenan giảm đi rất nhiều, chỉ có một lượng nhỏ rong được
tẩy màu, giặt muối rồi phơi khô dùng làm thực phẩm trong nước.
Năm 2007 tỉnh Ninh Thuận đã nghiệm thu đề tài chế biến thực phẩm từ
rong sụn do PGS. TS. Đống Thị Anh Đào làm chủ nhiệm (Đống Thị Anh Đào,
2007). Đề tài đã nghiên cứu sản xuất các sản phẩm từ rong Sụn: kẹo dẻo trái cây,
mứt nhuyễn, mứt rong khô, bánh tráng, sirô trái cây, rong muối tẩm gia vị. Năm
2010 cũng đề tài cấp tỉnh PGS. TS. Đống thị Anh Đào tiếp tục nghiên cứu hoàn
thiện công nghệ chế biến thực phẩm từ rong Sụn và sản phẩm nước uống từ rong
Porphyra đã cho ra đời một loạt các sản phẩm (9 sản phẩm) từ rong biển (Đống
Thị Anh Đào, 2010).
Những nghiên cứu các phương pháp chế biến carrageenan bán tinh chế
(Semirefined Carrageenan - SRC), carrageenan tinh chế (refined carrageenan)
cũng đã được các nhà nghiên cứu của Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ
Nha Trang, Trường Đại học Nha Trang quan tâm nghiên cứu và đưa ra những tiêu
chuẩn chất lượng sản phẩm carrageenan (Bách khoa thủy sản, 2007).
Ngoài ra Trường đại học Nha Trang cũng đã sản xuất thành công chế
phẩm carramin dùng thay thế cho hàn the trong chế biến giò chả (Trẩn Thị
Luyến, 2007). Song để có sản phẩm carrageenan cho xuất khẩu thì cho đến nay
chưa có một quy trình công nghệ sản xuất quy mô lớn nào ở nước ta được nghiên

cứu ứng dụng, ngay cả quy trình sơ chế các sản phẩm bán thành phẩm từ rong
Sụn như bột rong khô, miếng rong sau xử lý kiềm để làm gia tăng giá trị nguyên
liệu rong Sụn cho xuất khẩu như các nước trong khu vực đang áp dụng cũng
chưa được quan tâm.
1.2. TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN
1.2.1. Lịch sử phát triển của carrageenan
Carrageenan bắt đầu sử dụng hơn 600 năm trước đây, được chiết suất từ
Irish mos (loài rong đỏ Chondrus crispus) tại một ngôi làng trên bờ biển phía
nam Ireland mang tên Carraghen.
Vào những năm 30 của thế kỷ XX, carrageenan được sử dụng trong công
nghiệp bia và hồ sợi, cũng trong thời kỳ này những khám phá về cấu trúc hóa học
của carrageenan được tiến hành mạnh mẽ. Ngày nay, sản xuất carrageenan
12



không còn giới hạn vào chiết tách từ Irish moss, mà rất nhiều loài rong đỏ thuộc
ngành Rhodophyta đã được sử dụng, những loại rong này được gọi chung là
carrageenophyte. Qua nhiều nghiên cứu, đã có hàng chục loại rong biển được
khai thác tự nhiên hay nuôi trồng để sản xuất carrageenan.
Carrageenan có tính chất hóa học giống như agar, và ngày nay
carrageenan 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 đạt khoảng 15.000
tấn, trong đó Trung Quốc chiếm khoảng 600 tấn. [17]
1.2.2. Cấu tạo và phân loại carrageenan
Carrageenan có cấu trúc chung là một polymer mạch thẳng với liên kết
luân phiên của β – D – galacto pyranose qua liên kết 1,3 và α – D galacto
pyranose qua liên kết 1 – 4 [15]

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 polysaccharide. Cấu trúc của chúng đều có những thành
phần về số lượng sulphat của carrageenan chiếm 18 – 40% phân tử carrageenan.
[4] [11]
Người ta phân chia carrageenan thành 2 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 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
.
13



Ngày nay, người ta đã phát hiện hơn 18 loại và cấu trúc khác nhau của
carrageenan, tuy nhiên kappa – carrageenan, lambda – carrageenan, iota –
carrageenan là được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất. [10]
1.2.2.1. Cấu tạo

Carrageenan 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.[4]

Hình 1.4. Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D –
galactose pyranose và α – D – galactose pyranose
1.2.2.2. Phân loại
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, vị trí sulphate hóa và mức độ hydrat hóa.
 Kappa – carrageenan
Là một polymer mạch ngắn xen kẻ giữa D – galactose – 4 sulphate và 3,6
– Anhydro – D – Galactose, cấu trúc phân tử là vòng xoắn kép bậc 3, tính chất
quan trọng của k – carrageenan là sức tạo gel và tương tác mạnh với protein sữa.
[8]

Hình 1.5. Cấu tạo của kappa – carrageenan
14



 Iota – carrageenan
Cấu tạo giống với kappa – 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. [8]

Hình 1.6. Cấu tạo của ιota – carrageenan
 Lambda – carrageenan
Là một loại carrageenan có mức sulphate cao, trong phân tử các đơn vị
monomeric được xen kẽ với các đơn vị D - galactose – 2 – sulphate (1,3) và D –

galactose 2,6 - disulphate. Lambda – carrageenan có khối lượng phân tử cao và
mạch dài hơn kappa – carrageenan, lambda – carrageenan không tạo gel. [8]

Hình 1.7. Cấu tạo lambda – carrageenan
Carrageenan được chia thành 2 nhóm chính:
Nhóm 1: chứa các mu, nu, kappa, iota, và các dẫn xuất của chúng, các
carrageenan này tạo gel với ion K
+
.
Nhóm 2: chứa các loại lamda, xi, theta và các dẫn xuất của chúng, nhóm
này không có khả năng tạo gel ngay cả trước và sau khi xử lý kiềm. [17]
1.2.3. Tính chất hóa lý của carrageenan
1.2.3.1. Tính tan
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
15



nước. Nhóm carrageenan không có cầu nối thì dễ tan hơn. Ví dụ như: λ –
carrageenan không có cầu nối 3,6 – anhydro và có thêm 3 nhóm sulphate ưa
nước nên nó tan nhanh 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. [7]
Bảng 1.3. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau [18]
Môi trường K – carrageenan I – carrageenan Λ – carrageenan
Nước nóng Tan trên 70
0
C Tan trên 70

0
C Tan
Nước lạnh
Tan trong muối
Na
+
, hạn chế trong
muối Ca
2+
, NH
4
+
,

Tan trong muối
Na
+
, tan trong
muối Ca
+
, cho sự
phân tán sol – gel
thuận
Tan trong tất cả
các muối
Sữa nóng Tan Tan Tan
Sữa lạnh Không tan Không tan
Tăng khả năng tạo
gel
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 Tan Không tan


1.2.3.2. Độ nhớt
Độ nhớt của các dung dịch carrageenan phụ thuộc vào nhiệt độ, dạng,
trọng lượng phân tử và sự hiện diện của các ion khác trong dung dịch. Khi nhiệt
độ và ion của dung dịch tăng thì độ nhớt của dung dịch giảm, các carrageenan tạo
thành dung dịch có độ nhớt từ 25 – Mpa. Riêng κ – carrageenan có thể tạo dung
dịch có độ nhớt tới 2000 Mpa. [13]
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

16



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
1.2.3.3. 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. 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%.
Có hai hình thức liên kết: 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.

Hình 1.8. Các hình thức liên kết giữa carrageenan với protein [18]

Hình 1.8. Các hình thức liên kết giữa carrageenan với protein
1.2.3.4. Khả năng và cơ chế tạo gel
17



• Khả năng tạo gel
Khả năng keo hóa của carrageenan nằm trung tâm giữa agar, gelatin và
gần giống gelatin hơn, sự hình thành gel của dung dịch carrageenan là một quá
trình nhiệt thuận nghịch, khi giá trị cao hơn giá trị nhiệt độ tạo gel thì gel sẽ tan
chảy (cân bằng bị phá vỡ). Tuy nhiên, khoảng cách nhiệt từ trạng thái tạo gel đến
trạng thái tan chảy là một giá trị không đổi. Một thí nghiệm cho biết giá trị này
khoảng 5 – 22
0
F, khả năng hình thành gel của carrageenan phụ thuộc vào nhiệt
độ và nồng độ của dung dịch. Nồng độ dung dịch tạo gel và nhiệt độ tạo gel phụ
thuộc vào loại và số lượng muối có mặt trong dung dịch. Ngoài ra, tính chất tạo
gel còn phụ thuộc chủ yếu vào loại rong, độ nhớt và phụ thuộc rất lớn vào công
nghệ sản xuất, sự hình thành và phân bố các gốc galactose trong mạch polymer.
[8]
• Cơ chế 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 sang dạng gel, là do tương tác giữa các phân tử polymer 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. [8]
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 cấu trúc các
carrageenan, cũng như phụ thuộc vào dạng và nồng độ của muối thêm vào dung