TÌM HIỂU VỀ GELLAN GUM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC VÀ THỰC PHẨM
--------

Đề Tài

TÌM HIỂU VỀ GELLAN GUM
GVHD: ThS. Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
Nhóm 7

MSSV

Nguyễn Thu Huyền

13116048

Lương Thị Minh Thuỷ

13116139

Lê Ngọc Minh Trâm

13116153

Lê Thị Hồng Đào

13116182

Trần Thanh Hoàn

13116039

TP. HỒ CHÍ MINH – 5/2016


DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH


Tìm hiểu về Gellan Gum

LỜI MỞ ĐẦU
Từ ngày xưa, con người đã biết sử dụng lá dứa tạo mùi thơm, tạo màu xanh, hay
lấy các loại quả trong tự nhiên tạo màu, lấy quả đu đủ non để giảm thời gian nấu chín,…
Đó là nền móng đầu tiên cho việc sử dụng phụ gia thực phẩm. Ngày nay, khi thị hiếu của
người tiêu dùng tăng cao, đòi hỏi các nhà sản xuất phải cho ra nhiều sản phẩm khác nhau
tạo ra sự đa dạng trong thực phẩm, tăng giá trị dinh dưỡng cũng như các tính chất cảm
quan. Đi đôi với việc tạo ra chúng ta cũng phải quan tâm đến việc kéo dài thời gian bảo
quản để lưu giữ sản phẩm được lâu và tốt hơn. Những chất được bổ sung vào nhằm mục
đích này được gọi là các chất phụ gia thực phẩm.
Phụ gia giúp giữ cho thực phẩm được ngon trên đường đến nơi tiêu thụ. Phụ gia
cũng làm cải thiện giá trị dinh dưỡng của một số thực phẩm và có thể làm chúng hấp dẫn
hơn bằng cách cải thiện mùi vị, kết cấu, độ đồng nhất và màu sắc của thực vật. Để dễ
dàng hơn trong việc lựa chọn chúng ta chia các chất phụ gia thành các nhóm như: nhóm
chất bảo quản, nhóm chất tạo màu, nhóm chất tạo vị, nhóm chất ổn định hệ nhũ tương,
nhóm chất tạo gel và làm đặc…
Hiện nay, các chất phụ gia được dùng thường được chiết xuất từ thiên nhiên nhằm
bảo vệ sức khỏe con người. Trong đó, phải kể đến các chất phụ gia có nguồn gốc từ
polysaccharides. Polysaccharides được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm như các chất tạo
độ đặc hay tạo gel (tinh bột, alginat, pectin, guar gum), chất làm bền nhũ tương, chất

độn…Trong đó phải kể đến các chất dạng gum, là những chất thuộc nhóm phụ gia tạo gel
và làm đặc. Chúng có tác dụng cải tạo cấu trúc mà không làm thay đổi các tính chất cảm
quan (mùi,vị,…). Ngoài ra còn có một số chất có tác dụng tạo gel, tạo bọt, làm bền hệ nhũ
tương,…Gellan Gum là một loại phụ gia dạng gum nên nó có những tính chất chung của
những phụ gia dạng gum và những tính chất đặc trưng cũng như công dụng riêng. Để tìm
hiểu rõ hơn về điều này, chúng em tiến hành thực hiện bài tiểu luận này. Bài báo cáo sẽ
cung cấp một phần nào kiến thức căn bản về gellan gum cũng như liều lượng và cách sử
dụng loại phụ gia này.
Nhóm 7

3


Tìm hiểu về Gellan Gum
1. Tổng quan về Gellan Gum
1.1. Giới thiệu
1.1.1. Gum là gì?
Chất tạo đặc còn được gọi tắt là gum. Gum là những hợp chất keo và nước
(hydrocolloid) có bản chất là các polysaccharide, là chất tạo nên từ các monomet thường
gặp là galactos, glucuronic acid, uronic acid, arabinose, rhamnose và manose…[1]
Chất tạo đặc cho thực phẩm (Food thickeners) hay phụ gia tạo đặc là một hay một
nhóm chất mà khi đưa vào thực phẩm (thường ở dạng lỏng) với một lượng rất nhỏ, chúng
có thể làm cho độ nhớt của những thực phẩm này tăng lên mà không làm thay đổi tính
chất đặc trưng vốn có của sản phẩm thực phẩm như màu, mùi, vị,… Ngoài ra, một số chất
tạo đặc còn có tác dụng tạo gel, làm bền, làm ổn định và tạo cấu trúc cho các loại thực
phẩm (làm bền hệ nhũ tương hay ổn định trạng thái lơ lửng của hệ huyền phù trong nước
quả). [1]
Chất tạo đặc có hiệu quả rất lớn vì chỉ cần được đưa vào hỗn hợp với một lượng rất
nhỏ các chất tạo đặc này cũng có thể tạo nên một dung dịch có độ nhớt đáng kể. Vì vậy
chúng thường được ứng dụng làm phụ gia tạo đặc cho các loại thực phẩm dạng đặc, sệt

như nước ép quả, các loại bánh pudding ăn liền, mì ăn liền, nước sốt mayonnaise, nước
sốt salad, siro, sữa,…[1]
1.1.2. Gellan Gum (INS: 418, ADI: CQĐ)
Gellan gum là một polysaccharide được sản xuất bằng phương pháp lên men bởi vi
khuẩn Sphigomonas elodea (trước đây được xác định là Pseudomonas elodea, nhưng sau
đó được phân loại lạ) [1]
Gellan gum là một polymer có trọng lượng phân tử cao khoảng 500000 Dalton, có
cấu trúc mạch thẳng với sự lặp lại của các tetrasaccharide. Sau đó gellan được tinh chế
bằng cồn isopropylic, sấy và nghiền mịn thành dạng bột màu trắng. Có thể tan trong nước,
tạo dung dịch keo, không tan trong ethanol. Hiện nay Gellan gum được sử dụng như là
một chất tạo đặc, tạo gel và ôn định cấu trúc. [20]
Nhóm 7

4


Tìm hiểu về Gellan Gum
 Sơ lược về lịch sử của gellan gum

Gellan gum là tên chung của polysaccharide ngoại bào được sản xuất bởi vi khuẩn
Pseudomonas elodea. Kaneko và Kang đã phát hiện ra polymer này trong phòng thí
nghiệm của bộ phận Kelco của Merch và Co., California, USA năm 1978. [2]
Trước đây nó cũng được quy vào mã tên là S-60 hay P-60. Vi sinh vật sản xuất
gellan gum được phân lập từ mô thực vật Elodea. Những nghiên cứu khác đã khám phá ra
rằng vi khuẩn này là một chủng mới của loài Pseudomonas và do đó được đặt tên là
Pseudomonas elodea.[2]
Năm 1994, người ta khám phá ra rằng vi khuẩn sản xuất ra gellan là
Sphingomonas paucimobilis và được phân loại trong phân lớp α-4 của Proteobacteria.[21]
Các nhà khoa học đã thử tính độc một cách thành công và gellan gum được thông qua để
đưa vào sử dụng trong thực phẩm ở Nhật năm 1988.[2]

FDA của Mỹ đã thông qua và đưa gellan gum vào sử dụng trong phụ gia thực
phẩm năm 1992.[2]

Hình 1.1. Gellan gum
 Công thức cấu tạo

Đơn vị lặp lại của polysaccharide gellan bao gồm (tỉ lệ 2:1:1):
Nhóm 7

5


Tìm hiểu về Gellan Gum
•
•
•

β-D-glucose (D-Glc) (60%)
D-glucuronic acid (D-GlcA) (20%)
L-rhamnose (L-Rha) (20%)
Chúng liên kết với nhau để tạo thành một đơn vị lặp lại tetrasaccharide. Acid
glucuronic được trung hòa khi có mặt các ion kim loại như K +, Ca2+ và Mg2+.

[20]

Nó có

thể chứa một lượng nhỏ các hợp chất nito từ kết quả từ quá trình lên men.
 Phân loại:

Dựa vào hàm lượng acyl, người ta phân loại Gellan gum thành :
 Native gellan gum ( hay high acyl gellan gum): Trong cấu trúc của high acyl gellan

có chứa 2 nhóm acyl : acetate và glycerate, 2 nhóm thế này nằm ở cùng một phân từ
glucose và trung bình sẽ có 1 glycerate mỗi đơn vị lặp lại và 1 đơn vị acetate mỗi 2 đơn vị
lặp lại (Kuo et al., 1986). [1]
Hình 1.2. Cấu trúc high acyl gellan gum (native gellan gum)

 Low gellan gum: Các monosaccharide tạo nên các đơn vị low acyl gellan gum là glucose,

glucoronic acid và rhamnose với tỉ lệ 2:1:1. [21] Trong khi cấu trúc của high acly gellan thì
có thêm 2 nhóm acetyl thì trong low acyl gellan gum thì không có nhóm acyl nào.

Nhóm 7

6


Tìm hiểu về Gellan Gum

Hình 1.3. Cấu trúc của Low Acyl gellan gum
Bảng 1.1: Tính chất vật lý của Low Acyl Gellan Gum [21]
Tính chất
Hàm lượng rất nhỏ, gel có nồng độ 0.05
– 0.25%

Ưu điểm
Ảnh hưởng ít đến độ cứng của gel sau
khi tiệt trùng
dạng bột của nó có thể chịu được môi

trường acid lâu

Có độ bền nhiệt và acid tốt
Ion Na và K có thể tạo gel có tình thuận
nghịch về nhiệt, trong khi ion Mg và Ca
thì ngược lại
Có thể kết hợp tốt với những chất tạo
keo khác

Có thể tạo thành dàng thuận nghịch về
nhiệt hoặc không
Có thể điều chỉnh độ dẻo và cứng của gel

Có thể sử dụng rộng rãi trong nhiều công
thức khác nhau
Có thể tạo gel có chất lượng tốt và chắc
Có thể tạo gel ở pH từ 3.5 – 7.0
trong các công thức thực phẩm có độ pH
từ acid đến trung tính
Chống lại hiện tượng cứng và tăng độ
Tránh hiện tượng bị cứng
nhớt của tinh bột
Linh hoạt trong các quy trình sản xuất và
Khó bị enzyme phân hủy
phù hợp với những môi trường vi sinh và
thực vật.
Bảng 1.2: So sánh tính chất vật lý của High acyl gellan và Low acyl gellan[3]
Kết hợp tốt với những nguyên liệu khác

Trọng lượng phân tử

Độ hòa tan

High acyl gellan
1-2.106 Daltons
Nước nóng >70°C

Điều kiện tạo gel

Không cần cation

Nhiệt độ tạo gel
70-80ºC
Tính thuận nghịch về Có
nhiệt
Kết cấu gel
Gel mềm mại và đàn hồi
Độ nhớt
Cao
Độ trong
Đục
Nhóm 7

7

Low acyl gellan
2-3.106 Daltons
Nước nóng >80ºC hoặc nướcc
lạnh với sequestrants
Cation, acid hoặc các chất rắn
hòa tan

10-60°C
Không
Gel cứng và giòn
Thấp
Trong


Tìm hiểu về Gellan Gum

Sự có mặt hay không của nhóm acyl trong gellan gum ảnh hưởng sâu sắc đến tính
năng của chúng. Vì vậy, khi bàn luận về tính hydrat hóa hay tạo gel, quan trọng nhất vẫn
là phân biệt giữa Low và High acyl gellan gum.[1]

Môi trường lên men

Bacteria

Tiệt trùng

Lên men

Nhân giống

1.2. Công nghệ sản xuất gellan gum
Tiệt trùng
1.2.1. Quy trình sản xuất [6]
Deacylation
Isopropan ol

Nhóm 7

Xử lí

Xử lí

Li tâm

Li tâm

Sấy khô

Sấy khô

Nghiền

Nghiền

HA
Gellan
Gum

LA Gellan Gum

8

Na2CO3
Isopropan ol


Tìm hiểu về Gellan Gum

Hình 1.4. Quy trình sản xuất gellan gum

1.2.2. Giải thích quy trình
Chuẩn bị môi trường lên men:
Thành phần môi trường lên men gồm có:[7]
- Glucose: 30 g/l
- Chất chiết nấm men: 0.5 g/l
- K2HPO4: 0.5 g/l
- MgSO4.7H2O: 0.1 g/l
- NH4NO3: 0.9 g/l
- Dung dịch muối: 1mol/l
Dung dịch nuôi chứa:
- MnCl2.4H2O: 0.18 g/100 ml
- FeSO4.7H2O: 0.248 g/100 ml
- H2BO3: 0.028 g/100 ml
- CuCl2.2H2O: 3.4 g/100 ml
- ZnCl2: 2.1 g/100 ml
- CoCl2. 2H2O: 7.4 g/100 ml
- Na2MoO4.2H2O: 0.003 g/100 ml
- Na2C4H4O6 (di natri tartarate): 0.21 g/100 ml.
Sau khi hòa tan các thành phần môi trường được tiệt trùng để tiêu diệt hoàn toàn
các vi sinh vật có thể tồn tại trong nước hoặc các chất tan có thể ảnh hưởng đến quá trình
lên men.
Nhân giống vi sinh vật.


Mục đích:
Chuẩn bị giống cho quá trình lên men. Quá trình nhân giống giúp gia tăng số lượng tế bào
(tăng sinh khối), tích lũy đủ số lượng tế bào cần thiết để cấy giống vào môi trường lên



men.
Giống vi sinh vật:

Nhóm 7

9


Tìm hiểu về Gellan Gum
Sphingomonas paucimobilis ATCC 31461 được chọn sử dụng để tổng hợp Gellan.
[8]

Đây là nhóm vi khuẩn Gram âm, hình que, chịu nhiệt, hiếu khí, lớp vỏ ngoài có màu

vàng, kích thước khoảng 0.8 µm×1.5 – 40 µm. Một số Sphingomonas có thể chuyển động
và không có khả năng lên men.
- Chỉ tiêu chọn giống vi sinh vật:
+ Khả năng sinh độc tố: không có.
+ Khả sinh tổng hợp Gellan: càng mạnh càng tốt.
+ Khả năng thích nghi của giống phải cao, tốc độ sinh trưởng mạnh.
+ Điều kiện nuôi cấy: đơn giản, là môi trường đặc trưng cho sự sinh trưởng của vi khuẩn
và tổng hợp Gellan. Môi trường dễ kiếm, giá thành không quá cao.
+ Sự ổn định của giống theo thời gian: càng lâu càng tốt.
 Nhân giống:
Nhân giống là quá trình tăng dung tích, dịch chứa sinh khối qua nhiều cấp. Mỗi
cấp nhân giống thường tăng dung khối từ 10 – 15 lần. Cứ làm như vậy cho đến khi toàn
bộ dung tích đủ để tiến hành quá trình lên men. Khi nhân giống giai đoạn phòng thí

nghiệm, người ta sử dụng các dụng cụ thủy tinhnhư ống nghiệm, erlen với các dung tích
750 ml, 1l, 2l kết hợp với tủ ấm, tủ lắc điều nhiệt. Do thể tích môi trường nhỏ nên việc sử
dụng máy lắc có thể đảm bảo được sự đồng nhất trong canh trường nuôi và cung cấp đầy
đủ oxy cho sự sinh trưởng, phát triển của nhóm vi sinh vật hiếu khí. Khi nhân giống ở giai
đoạn phân xưởng, người ta sử dụng những thiết bị với dung tích khác nhau: 100l, 500l,
1m3 , 3m3 , 5m3 , 10m3…hoặc lớn hơn tùy theo dung tích của thiết bị lên men đang sử
dụng tại nhà máy.
 Phương pháp thực hiện:
10ml chứa môi trường glucose được tiệt trùng và canh trường vi sinh vật được ủ ở
30ºC trong 24h. Sau 24h, canh trường sẽ được chuyển vào 90ml môi trường đã tiệt trùng
tương tự và tiếp tục ủ ở 30ºC trong 24h. 100ml giống này sẽ được chuyển tiếp đến 900ml
môi trường và được ủ tiếp. Các cấp nhân giống được thực hiện cho đến khi có đủ số
lượng giống cần thiết cho quá trình lên men.
Lên men
Sau khi đã chuẩn bị môi trường lên men và vi sinh vật lên men, quá trình lên men
được tiến hành. Đầu tiên, môi trường được nạp vô trùng vào trong thiết bị. Cho giống cấy
Nhóm 7

10


Tìm hiểu về Gellan Gum
vào thiết bị với tỉ lệ 10% so với thể tích thiết bị lên men. Lên men trong thiết bị lên men ở
300C, pH 7.0 (điều khiển pH bằng cách sử dụng KOH 2M hoặc HCl 2M). Khuấy trộn
trong 500(vòng/phút).
Thu gellan gum
Sau khi lên men, dịch lên men sẽ được thanh trùng để tiêu diệt các vi sinh vật còn
sống sót. Đê thu HA Gellan Gum hỗn hợp sau lên men sẽ được kết tủa bằng isopropanol
sau đó được đem đi li tâm sấy khô rồi nghiền mịn.
Còn đối với LA Gellan Gum trước khi kết tủa với isopropanol các nhóm acyl có trong

cấu trúc của HA gellan gum được khử đi bằng cách bổ sung vào dịch lên men các muối
có tính kiềm như Na2CO3. [1]
2. Tính năng công nghệ
Sự có mặt của nhóm acyl trên chuỗi polysaccharide của gellan gum có ảnh hưởng sâu
sắc đến tính chất chức năng của nó. Vì thế, khi bàn về tính hydrate hóa và tính chất gel,
nó là thành phần quan trọng để phân biệt low-acyl gellan gum và high-acyl gellan gum.[1]
2.1. Quá trình hydrate hóa của low-acyl gellan gum (LA gellan gum)
Nhiệt độ hydrate hóa của LA gellan gum rất nhạy với môi trường ion và đặc biệt là
các cation hóa trị 2 (hình 1).[1]

Nhóm 7

11


Tìm hiểu về Gellan Gum

Hình 2.5. Ảnh hưởng của cation đến nhiệt độ hydrate hóa của LA gellan gum. ( Nguồn:
Sao chép dưới sự cho phép của C.P Kelco)
Chính bản thân LA gellan gum chứa các cation hóa trị 2 nên nó chỉ hydrate hóa
một phần trong nước khử ion ở điều kiện lạnh. Quá trình hydrate hóa tiếp tục diễn ra sẽ bị
ức chế bởi các ion hóa trị 2 có trong nguồn nước cung cấp vào. Tác động này khiến cho
LA gellan gum dễ phân tán trong nước lạnh với cấu trúc không bị vón cục. Vì vậy, gum
có thể hydrate hóa bằng cách thêm các chất khử ion hoặc chelator như citrate, phosphate
kiểm soát các ion hóa trị 2 hoặc có thể gia nhiệt hoặc có thể vừa thêm tác nhân khử ion
vừa gia nhiệt. Chính vì vậy, nhiệt độ hydrate hóa có thể được kiểm soát được. Không
thêm tác nhân khử ion, LA gellan gum cần nhiệt độ khoảng trên 75 oC (167oF) để quá trình
hydrate hóa diễn ra hoàn toàn trong nước mềm. Tuy nhiên, nó có thể bị hydrate hóa trong
nước lạnh mềm khi bổ sung thêm 0.12% sodium citrate thể biện ở bảng 2.1. [1]

Hình 2.6. Ảnh hưởng
của Natri Citrate đến
nhiệt độ hydrate hóa của
LA gellan gum. (Nguồn:
Sao chép dưới sự cho
phép của C.P. Kelco)

Nhóm 7

12


Tìm hiểu về Gellan Gum
Bảng 2.3 Điều chỉnh quá trình hydrate hóa của LA gellan gum

Nguồn: Sao chép dưới sự cho phép của C.P. Kelco
pH dung dịch cũng ảnh hưởng đến khả năng hydrate hóa của LA gellan gum. Tại
giá trị pH trên pKa của gellan gum, pH khoảng 3.6 gum rất dễ hòa tan. Tuy nhiên, nếu pH
thấp hơn 3.6 gum sẽ tồn tại tính acid và sẽ không hòa tan hoàn toàn. Vì thế, khi sản xuất
các sản phẩm có tình acid nên thêm acid vào sau khi quá trình hydrate hóa đã xảy ra. [1]
Đường hòa tan cũng ảnh hưởng đến quá trình hydrate hóa của gellan gum. Nồng
độ đường hòa tan 25% hoặc gần như thế, quá trình hydrate hóa diễn ra bình thường. Khi
nồng dộ đường cao hơn điểm này thì cần nhiều nhiệt hơn cho quá trình hòa tan hoàn toàn
gellan gum. Khi sử dụng gellan gum, luôn luôn tốt hơn khi giữ đường hòa tan ở mức thấp
cho đến sau khi gellan gum xảy ra hydrate hóa.[1]

Hình 2.7. Ảnh hưởng của pH
đến nhiệt độ hydrate hóa LA
gellan gum (Nguồn: Sao chép
dưới sự cho phép của C.P.

Kelco)

Nhóm 7

13


Tìm hiểu về Gellan Gum

Hình 2.8. Ảnh hưởng của chất khô đường hòa tan đến nhiệt độ hydrate hóa của LA
gellan gum (Nguồn: Sao chép dưới sự cho phép của C.P.Kelco)
2.2. Quá trình hydrate hóa ở high-acyl gellan gum (HA gellan gum)
HA gellan gum trương nở tốt trong nước đã khử ion, tạo nên một khối vững chắc
giống như khối bột nhão phình lên. Một lượng thấp ion sodium ức chế sự trương nở này
vì thế khi thêm muối sodium sẽ giúp cải thiện đáng kể tính phân tán của gum và giảm
thiểu độ nhớt khi chế biến. Nhiệt rất cần thiết trong quá trình hydrate hóa hoàn toàn HA
gellan gum. Trong khi ion ảnh hưởng đến độ phân tán và tính trương nở của HA gellan
gum thì quá trình hydrate hóa hoàn toàn khôngg nhạy với ion. HA gellan gum hydrate
hóa ở nhiệt độ từ 70 – 800C (158 - 1760F), thậm chí ở nồng độ ion khá cao. Ngược với LA
gellan gum, calcium ít tác động đến HA gellan gum. Bởi vì calcium rất ít ảnh hưởng đến
nhiệt độ hydrate hóa, các chất khử ion không có vai trò trong việc hỗ trợ quá trình hydrate
hóa.[1]

Nhóm 7

14


Tìm hiểu về Gellan Gum

Hình 2.9. Ảnh hưởng của ion canxi đến nhiệt độ hydrate hóa của HA gellan gum (Nguồn:
Sao chép dưới sự cho phép của C.P.Kelco)
Cả hai dạng LA và HA gellan gum đều có thể phân tán trực tiếp trong sữa và sẽ
hydrate hóa trong quá trình gia nhiệt bình thường. Như đã trình bày, chất rắn hòa tan và
pH thấp sẽ ức chế quá trình hydrate hóa gum ở cả 2 dạng cấu trúc của gellan gum. Trong
môi trường acid thì độ pH lớn hơn 4 sẽ hydrate hóa tốt. Trong các hệ thống chất rắn cao,
nên thực hiện các phương pháp để đảm bảo rằng quá trình hydrate hóa gellan gum. Một
sản phẩm tạo mạng lưới tốt là cần thiết để hydrate hóa dễ dàng với sự có mặt của các loại
đường. Gellan gum nhạy với sự gia tăng của ion hóa trị một trong hệ thống chất rắn cao,
vì vậy, hàm lượng chất khử ion cao sẽ ức chế hơn là acid trong quá trình hydrate hóa
gum. Quá trình ức chế này có thể tránh được bằng cách giữ hàm lượng sodium citrate
thấp hơn 0.2%. Tổng thể quá trình hydrate hóa gellan gum được thể hiện ở hình 2.6.
Trong khi thiết kế cấu trúc LA của gum, điều kiện này cũng sẽ cho phép hydrate hóa hoàn
toàn cấu trúc HA. Như một nguyên tắc, gellan gum được thêm vào dung dịch với hàm
lượng canxi thấp, pH trung tính và hàm lượng đường hòa tan không quá 25%. Cùng với
quá trình hydrate hóa, muối, acid và đường bổ sung có thể thêm vào để tạo thành thực
phẩm cuối cùng.[1]

Nhóm 7

15


Tìm hiểu về Gellan Gum

Hình 2.10. Tổng thể quy trình hydrate hóa của gellan gum. (Nguồn: Sao chép dưới sự
cho phép của C.P.Kelco)
2.3. Cơ chế tạo gel của gellan gum [18]
Nhiều nghiên cứu cho rằng sự hình thành gel gellan xảy ra thông qua sự hình thành
cấu trúc xoắn kép, do liên kết liên kết ion gây ra. [9] Cơ chế cụ thể là khi đun nóng và làm

lạnh dưới sự vắng mặt của các cation thúc đẩy tạo gel thuận lợi cho sự hình thành các sợi
xoắn kép do liên kết giữa các phân tử nằm gần nhau.

[10]

Khi có mặt các ion thúc đẩy tạo

gel, các sợi nêu trên liên kết với nhau, kết quả là hình thành gel. Ion hóa trị hai (ion mạnh)
là ảnh hưởng đến sản phẩm gel, và cần 3-7% ion hóa trị một mới đạt mục đích trên. Ngăn
cản sự phát tán các ion hóa trị hai trong dung dịch gellan, như đã tiến hành trong quá trình
tạo gel của aligenate, có thể làm cho gel trở nên đồng nhất hơn, nhưng hạn chế là các gel
sẽ không bền và dễ tách ra.[9] Mặc khác, gel gellan chặt chẽ hơn được tạo ra bằng cách
làm lạnh dung dịch gellan nóng (~ 90 0C). Để đạt được cấu trúc gel tối ưu, các cation hóa
trị hai được bổ sung vào dung dịch gellan trước khi làm lạnh. Nhiệt độ tạo gel phụ thuộc
vào nồng độ của các cation, với ảnh hưởng là nhiệt độ tạo gel có thể tăng từ 35 0C lên
Nhóm 7

16


Tìm hiểu về Gellan Gum
550C khi thêm các cation.[11] Các sợi micro trong gel dài và rộng hơn nhiều so với dịch
keo.[12] Ion kali làm tăng số lượng các vùng liên kết, làm cho gel bền nhiệt hơn. [13] Các khu
ngã ba được hình thành bằng sự tập hợp các xoắn đôi với năng lượng liên kết và/hoặc
nhiệt độ khác nhau của sự di chuyển tự do của các liên kết song song gồm các chuỗi đơn.
[13]

Khả năng tạo gel của gellan bị giảm khi có mặt ure. Module năng lượng của Young

của gllan gum giảm khi tăng nồng độ của sucrose hay glucose trong sự có mặt hay vắng

mặt của KCl hay CaCl2. Tuy nhiên trong sự có mặt của ure và có dư lượng muối, gel của
gellan gum vẫn được hình thành.[14]

Hình 2.11 Cơ chế tạo gel của gellan gum (Nguồn: Gunning and Morris, 1990)
2.4. Tính chất gel của LA gellan gum
Gellan gum có thể được hình thành qua một loạt các điều kiện. Hình 2.8 mô tả các
tính chất của gel có thể được dự kiến trong mỗi góc phần tư.[1]

Nhóm 7

17


Tìm hiểu về Gellan Gum

Hình 2.12. Mạng lưới cấu trúc của Low Acyl Gellan Gum (Nguồn: Sao chép dưới sự cho
phép của C.P. Kelco)
Góc phần tư thứ nhất tương ứng với giá trị pH trung tính với hàm lượng đường
hoàn tan thấp. Phần lớn các tài liệu được công bố về gellan gum được tập trung trên gel ở
góc phần tư này. Gellan lan gum tạo gel hiệu quả trong góc phần tư này, tạo gel
demoldable ở nồng độ gum thấp hơn 0.05%.[1]
Chỉ với một lượng nhỏ đường hòa tan, gellan gum có độ nhớt thấp trong môi
trường nước. Với tính linh động cao của phân tử, quá trỉnh tạo gel diễn ra dễ dàng, nhanh
chóng khi làm mát . Nhiệt độ chính xác của gel phụ thuộc vào các cation có mặt ở một
mức độ nhất định trong điều kiện mát. Nhiệt độ trung bình để xảy ra quá trình tạo gel là
30 – 450C (86 – 1130F). [1]

Nhóm 7

18

Tìm hiểu về Gellan Gum

Hình 2.13. Canxi ảnh hưởng nhiệt độ tạo gel và nhiệt độ nóng chảy. (Nguồn: Sao chép
dưới sự cho phép của C.P. Kelco)
Quá trình tạo gel xảy ra ngay lập tức tại nhiệt độ tạo gel, vì vậy tính chất gel biến
đổi rất ít trong thời gian lưu trữ. Hấp thụ canxi tốt vì các tính chất gel ổn định trong một
phạm vi nồng độ canxi từ 5-15 mM, thể hiện đường cong pH trung tính trong hình. 2.10.
Chỉ khi sử dụng hàm lượng ion tạo gel thấp, các gel này mới bị chảy trở lại.[1]
Ở góc phần tư thứ 2 trong hình 8.9 gel được tạo thành ở điều kiện pH trung tính và
hàm lượng đường cao. Gel được chuẩn bị để tạo ra các sản phẩm có hàm lượng chất khô
cao bao gồm mứt, icings và các sản phẩm tương tự. Hình 2.11 cho thấy độ cứng của gel
thay đổi theo hàm lượng canxi. So với gel có hàm lượng chất khô thấp trong góc phần tư
thứ nhất, gel ở đây mềm hơn và ít nhạy với canxi hơn. Bởi vì gellan gum ít ảnh
hưởng đến sự tạo gel tại góc phần tư thứ 2, hàm lượng gum cao hơn, thường 0,3%
trở lên.[1]

Nhóm 7

19


Tìm hiểu về Gellan Gum

Hình 2.14 Ảnh hưởng của nồng độ canxi đến của độ đàn hồi của gel tạo bởi low-acyl
gellan gum tại các giá trị pH khác nhau. (Nguồn: Sao chép dưới sự cho phép của C.P.
Kelco)

Hình 2.15. Ảnh hưởng của nồng độ canxi vào độ đàn hồi gel tạo bởi low-acyl gellan gum

và high-acyl gellan gum tại các giá trị pH khác nhau. (Sao chép với sự cho phép từ C. P.
Kelco.)
Ở chất khô hòa tan cao hơn, các phân tử gellan gum được phân tán trong môi
trường có độ nhớt cao. Nói chung, các loại đường ảnh hưởng đến tính dẻo trên gel. Mối
kết hợp giữa chuỗi phân tử của gellan gum là hình thành chậm hơn và hẹp hơn. Giống
như gel ở góc phần tư thứ nhất, gel ở đây đươc hình thành với điều kiện làm mát. Tuy
nhiên không giống như gel ở góc phần tư thứ nhất, quá trình tạo gel không phải lúc nào
Nhóm 7

20


Tìm hiểu về Gellan Gum
cũng nhanh trong các hệ thống chất khô cao. Ngay cả ở nhiệt độ thấp, nó có thể mất vài
tuần để cho gellan gum phát triển cấu trúc đầy đủ của nó. Một khi đã hình thành, gel với
hàm lượng chất khô cao mềm hơn và đàn hồi hơn nhiều và dễ phục hồi sau khi bị biến
dạng.[1]
Các loại đường có khác nhau như sucrose, glucose và fructose, ảnh hưởng đến cả
độ nhớt và tính lưu động của các phân tử gellan gum, như vậy trạng thái tự nhiên của chất
khô hòa tan có tác động mạnh mẽ đến tính chất của gel tạo thành từ gellan gum. Sucrose
có ảnh hưởng rõ rệt hơn cả vào thời gian hình thành và tạo cấu trúc gel so với fructose
hoặc glucose. Sucrose kéo dài thời gian hình thành và làm mềm gel và nó cũng làm tăng
khả năng phục hồi sau khi gel bị biến dạng.[1]
Ở góc phần tư thứ 3, gel đặc trưng với lượng đường hòa tan khá thấp và giá trị pH
có tính axit. Khi độ pH dưới 3.7, hầu hết các nhóm carboxyl trên phân tử gellan gum nhận
thêm proton, vì vậy chúng không thể tương tác với các cation. Các đường cong cho pH 3
và 4 trong hình 2.10 thể hiện ion canxi có ít ảnh hưởng trên gel loại này, đặc biệt là khi độ
pH giảm. Acid khiến gel gellan hình thành không cần sự có mặt của canxi. Gel
demoldable có thể hình thành tại nồng độ gum 0,05% hoặc ít hơn trong góc phần tư này. [1]
So với góc phần tư thứ nhất gel được hình thành với các ion ở điều chất khô thấp,

có tính axit, gel gellan chắc hơn nhưng mềm và xốp vì gel bị phá vỡ khi tác dụng một lực
tác thấp. Giống như Quadrant 1 gel, quá trình hình thành gel ở góc phần tư thứ 3 xảy ra
một cách nhanh chóng trong điều kiện mát. Tuy nhiên, quá trình tạo gel ảnh hưởng bởi
acid nói chung xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn so với quá trình tạo gel bởi ion, và gel hình
thành không chịu nhiệt. Trong góc phần tư này, gel sẽ không phục hồi khi làm biến dạng.
[1]

Ở góc phần tư thứ 4, gel có tính axit được hình thành với lượng chất khô đường
hòa tan độ cao. Hình 8.12 cho thấy cấu trúc của các gel ít nhạy với canxi. Như pH dưới
pKa của gellan gum, gel ở đây được hình thành nhiều và chắc hơn bởi vì cơ chế tạo gel
thay đổi từ ảnh hưởng bởi ion đến acid. Tuy nhiên, đường ảnh hưởng đến tính đàn hồi,
Nhóm 7

21


Tìm hiểu về Gellan Gum
các cấu trúc gel không quá giòn như gel ở góc phần tư thứ 3. Bởi vì gellan kém hiệu quả
khi tạo thành gel demoldable trong góc phần tư thứ 4, sử dụng lượng gum cao hơn,
thường là 0,3% hoặc cao hơn.[9]
Nhiệt độ tạo gel trong góc phần tư thứ 4 phụ thuộc vào mức độ của các chất khô
đường, cũng như pH và nồng độ ion. Với hàm lượng chất rắn và ion cao khiến nhiệt độ
hình thành tăng lên, trong khi pH cao hơn làm giảm nhiệt độ hình thành. Giống như gel ở
góc phần tư thứ 2, các thành phần của chất khô đường ảnh hưởng đến cả nhiệt độ hình
thành và thời gian. Nhiệt độ hình thành và thời gian sẽ giảm khi chất rắn đi là fructose,
dextrose hoặc đường alcohols. Tuy nhiên, sucrose làm tăng nhiệt độ gel và kéo dài thời
gian hình thành gel. Trong hầu hết các trường hợp, gel ảnh hưởng bởi acid có hàm lượng
chất khô cao không hòa tan trở lại được. Khi gel hình thành độ chắc với pH thấp, chúng
cũng mất khả năng phục hồi sau khi biến dạng.[1]
2.5. Tính chất gel của HA gellan gum

Nhìn chung, dạng HA gellan gum không nhạy với nồng độ cation như LA gellan
gum. Hình 2.12 cho thấy rằng những thay đổi lớn lượng canxi chỉ đóng góp thay đổi nhỏ
trong tính chất gel. Gel ít chắc do bởi lượng canxi tăng lên. Tác dụng tương tự được thấy
ở magiê, và ở ion natri và kali với mức độ thấp hơn.[1]

Hình 2.16: Ảnh hưởng của nồng độ
canxi lên độ bền gel của hệ gel từ
gellan gum (Nguồn: Sao chép với sự
cho phép từ C. P. Kelco.)

Thêm chất khô đường hòa tan, dạng HA gellan gum có khuynh hướng ít cứng hơn.
Tóm lại, hiệu quả của dạng này kém hơn LA gellan gum. Tuy nhiên, với chất khô lớn hơn
Nhóm 7

22


Tìm hiểu về Gellan Gum
50%, các loại đường làm tăng nhiệt độ hình thành, gây trở ngại quá trình tạo gel và sự đàn
hồi của gel. Với lượng HA gellan gum cao hơn cần thiết để tạo gel demoldable trong môi
trường chất khô cao.[1]

Hình 2.17. Ảnh hưởng của đường hòa tan lên độ bền của gel của gel từ HA gellan gum
(Scouse: Sao chép dưới sự cho phép của C.P.Kelco.)
Giá trị pH rất thấp, khoảng dưới 3.5 làm cho gel HA gellan gum mềm đi như thể
hiện trong hình 2.14. Không giống như LA gellan gum, không có dấu hiệu của cơ chế tạo
gel bởi acid đối với HA gellan gum. Gum đơn giản là mất khả năng tạo gel khi độ pH
giảm xuống. Tuy nhiên, trong hầu hết các khoảng pH đối với thực phẩm, gel HA gellan
gum không bị ảnh hưởng bởi độ pH.[1]

Nhóm 7

23


Tìm hiểu về Gellan Gum

Hình 2.18. Ảnh hưởng của pH lên độ bền gel của hệ gel từ gellan gum. (Nguồn: Sao chép
dưới sự cho phép của C.P.Kelco)
Gel được tạo ra với dạng cao-acyl của gellan gum thường tỏ ra ít trễ nhiệt như thể
hiện trong hình 8.16. Quá trình hình thành và nhiệt độ nóng chảy tăng khi nồng độ ion
canxi tăng. Với gel kém bền với ion, hai khoảng nhiệt độ là 3 0C mỗi. Với hàm lượng ion
cao, sự khác biệt tăng lên 8 0C. Sự phụ thuộc độ cứng với ion thấp và các hiện tượng trễ
nhiệt thấp cho thấy rằng HA gellan gum tạo gel như là kết quả của của sự kết hợp các
chuỗi liên tục, thiếu sự cộng tác của ion liên kết ngang của LA gellan gum. [1]

Hình 2.19. Ảnh hưởng của hàm lượng canxi lên nhiệt độ tạo gel và nhiệt độ nóng chảy
của HA gellan gum (Nguồn: Sao chép dưới sự cho phép của C.P.Kelco)

Nhóm 7

24


Tìm hiểu về Gellan Gum
2.6. So sánh tính chất của gel gellan gum so với các gel khác
2.6.1. Gel từ gellan gum có độ trong suốt cao
Cũng như nhiều loại gel khác như gel từ Agar, k-carageenn, pectin,.. gel gelan gum
cũng có tính thuận nghịch.[4] Khi ở nhiệt độ cao, gellan tồn tại dưới dạng những sợi cuộn.
Khi hạ nhiệt độ xuống, các sợi duỗi ra và xoắn kép với nhau tạo ra sợi kép. Và các sợi kép

này tiếp tục liên kết với nhau tạo nên các tinh thể gellan. Sự hình thành gel của gellan xảy
ra nhanh chóng khi nâng và hạ nhiệt độ của dung dịch gellan với sự có mặt của các
cation. Ở nhiệt độ thấp, các sợi kép của gellan sẽ hình thành những vòng xoắn có trật tự,
trong khi ở nhiệt độ cao xuất hiện các polysaccharide dạng sợi đơn làm giảm độ nhớt của
dung dịch. Nhiệt độ chuyển tiếp là khoảng 30 - 350 C. Dưới nhiệt độ chuyển tiếp, cấu trúc
của dịch trở nên cứng dần và kết quả là hình thành gel.
Tuy nhiên, gel từ gellan gum có ưu điểm lớn là gel có độ trong suốt cao. [4] Trong khi
gel từ agar hay pectin có độ trong suốt không cao thậm chí là đục nếu hàm lượng sử dụng
để tạo gel lớn, thì gel từ gellan gum lại có độ trong suốt cao hơn rất nhiều. Cũng chính vì

lí do này, gellan gum có thể được sử dụng trong một số loại jelly từ trái cây có mùi,
mà không làm thay đổi độ trong của các loại jelly đó.

Hình

2.20. Sự
khác nhau về độ trong của agar gel và gellan gum gel

Nhóm 7

25