Báo cáo gum hóa sinh thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----------

BÀI TẬP HÓA HỌC HÓA-SINH THỰC PHẨM

GUM
Lớp: L01-HC15TP
GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt
Danh sách nhóm:
1. Lê Quốc Huy

1511235

2. Trần Văn Thắng

1513147

3. Trần Thị Thu Thảo

1513093


LỜI NÓI ĐẦU
Từ xưa, con người đã biết sử dụng lá dứa để tạo mùi thơm hay tạo màu xanh, hay lấy quả đu đủ
non để làm giảm thời gian nấu chín,… Đó là nền móng đầu tiên cho việc sử dụng phụ gia thực
phẩm. Ngày nay, khi thị hiểu của người dùng tăng cao, đòi hỏi các nhà sản xuất phải đưa ra
nhiều dòng sản phẩm khác nhau tạo ra sự đa dạng trong thực phẩm, tăng giá trị dinh dưỡng cũng
như tính cảm quang. Đi đôi với việc tạo ra chúng 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 thêm vào nhằm mục đích

này được gọi là phụ gia thực phẩm. Và Gum là một phụ gia quá đỗi quen thuộc và quan trọng
trong ngành thực phẩm. Gum là các chất thuộc nhóm phụ gia tạo gel và làm đặc. Chúng có tác
dụng cải tạo cấu trúc mà không làm thay đổi tính chất cảm quang (mùi, vị,...). Bài viết dưới đây
sẽ giúp mọi người phần nào hiểu hơn về Gum và những ứng dụng vô cùng thú vị của nó.
Dù rất cố gắng nhưng nhóm chúng em không thể tránh khỏi những sai sót nhất định trong quá
trình tìm kiếm tài liệu và tổng hợp bài. Chúng em mong nhận được sự góp ý chân thành từ cô và
các bạn. Chúng em xin cảm ơn !
MỤC LỤC
1. Tổng quan về gum……………………………………………………………………………...
1
1.1. Gum là gì ? ........................................................................................................................1
1.2. Đặc điểm của Gum…………………………………………………………………...….1
1.3. Vai trò của Gum………………………………………..………………………………. 1
1.4. Phân loại gum…………………………………………..………………………………. 1
1.5. Cấu tạo hóa học của Gum………………….…………………………………………... 3
1.6. Tính chất chung của Gum……………………………………….………………….......4
1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo đặc……………………...…………………...6
1.8. Sản xuất Gum………..…………………………………………………………………..6
2. Hệ thống các loại Gum thực phẩm……….…………………………………………………...7
2.1 Gum Arabic…………………………………………………………...…………………8
2.1.1 Giới thiệu về Gum Arabic…………………………………………………………...8
2.1.2 Cấu tạo của Gum Arabic…………………………………………………………....8
2.1.3. Tính chất của Gum Arabic………………………………………………………....9
2.1.4. Ứng dụng…………………………………………………………………………..11
2.2. Xanthan Gum…………………………………………………………………………. 12
2.2.1 Giới thiệu về Xanthan Gum……………………………………………………….. 12
2.2.2. Cấu tạo của Xantha Gum………………………………………………………….12
2.2.2.1 Cấu tạo phân tử……………………………………………………………… 12
2.2.2.2. Trạng thái phân tử…………………………………………………………...14
2.2.3. Tính chất của xanthan Gum……………………………………………………….14

2.2.4. Ứng dụng…………………………………………………………………………. 14


2.2.4.1. Trong thực phẩm…………………………………………………………… 14
2.2.4.2. Trong mỹ phẩm…………………………………………………………….. 15
2.2.4.3. Ứng dụng trong công nghiệp dầu mỏ………………………………………. 16
2.2.4.4. Ứng dụng trong dược phẩm………………………………………………… 16
2.3. Carageenan……………………………………………………………………………..16
2.3.1. Giới thiệu chung về Carageenan…………………………………………………. 16
2.3.2. Cấu trúc……………………………………………………………………………
17
2.3.3. Các tính chất lưu biến của carrageenan ……………..………………………...... 18
2.3.3.1. Độ rắn………………………………………………………………………. 18
2.3.3.2. Độ trương nở……………………………………………………………….. 18
2.3.3.3. Độ tan………………………………………………………………………. 19
2.3.3.4. Độ nhớt……………………………………………………………………... 19
2.3.3.5. Tạo gel ………………………………………….………………...………. 19
2.3.4. Ứng dụng…………………………………………………………………………. 20
2.4. Agar …………………………………………………………………………………….23
2.4.1. Giới thiệu chung…………………………………………………………… ……………23
2.4.2. Cấu tạo……………………………………….…………………………………....24
2.4.3. Phân loại……………………………………………………………………....… 25
2.4.4. Tính chất………………………………………………………………………... 26
2.4.5. Cơ chế tạo gel của agar………………………………………………………………….. 26
2.4.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến gel agar……………………………………………………..27
2.4.7. Ứng dụng……………………………………………………………………………………27
2.4.8. Ưu điểm khi sử dụng agar……………………………………………………………….. 28
Tài liệu tham khảo.......................................................................................................................30
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.6.1: Tính năng công nghệ của một số loại Gum……………………………………...…...5

Bảng 1.6.2: Tính chất của một số loại Gum………………………………………...…………….6
Bảng 2.1.2: Thành phần các chất trong Acacia Senegal và Acacia seyal…………………………9
Bảng 2.3.3.3: Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau……………………….19
Bảng 2.3.4: Cơ cấu thị trường tiêu thụ carrageenan……………………………………………. .21
Bảng2.4.1.1: Sự phân bố của các agar trên thế giới…………………………………. ………….23
Bảng2.4.1.2 : Sản lượng agar trên thế giới (1980)……………………………………………….24


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.5: Một số loại gum thông dụng…………………………………………………………… 3
Hình 2.1.2: Cấu trúc của Gum Arabic…………………………………………………………… 8
Hình 2.1.3.1: So sánh độ nhớt của dung dịch Gum Arabic 30% với dung dịch Xanthan Gum 1%
và dung dịch CMC 1%.................................................................................................................. 9
Hình 2.3.1.2: Giản đồ mô tả sự hấp phụ các giọt dầu trên bề mặt gum Arabic…………………. 10
Hình 2.2.2.1.1: Cấu trúc một đơn vị của xanthan gum………………………………………….. 13
Hình 2.2.2.1.2: Cấu tạo của xanthan gum………………………………………………………..13
Hình 2.2.4.1: Một số sản phẩm có sử dụng xanthan làm phụ gia……………………………….. 15
Hình 2.2.4.2: Một số mỹ phẩm có dùng xanthan………………………………………………...15
Hình 2.3.2.1: Cấu trúc của Kappa carrageenan…………………………………………………. 17
Hình 2.3.2.2: Cấu trúc của Iota carrageenan……………………………………………………..17
Hình 2.3.2.3: Cấu trúc của Lambda carrageenan………………………………………………...18
Hình 2.3.3.5: Gel carrageenan với các ion……………………………………………………….19
Hình 2.3.3.4.1: Đường cong chảy của dung dịch nước kappa carrageenan 1,5%........................ 19
Hình2.3.3.4.2: Độ nhớt của dung dịch nước kappa carrageenan 1,5%..........................................20
Hình 2.3.4: Một số ứng dụng của carrageenan…………………………………………………. 22
Hình 2.4.1: Một số loại tảo dùng để sản xuất agar……………………………………………. …
23
Hình 2.4.2.1: Cấu tạo của agar………………………………………………………………….. 24
Hình 2.4.2.2: Cấu tạo agarose…………………………………………………………………....25
Hình 2.4.2.3 : Cấu trúc agropectin…………………………………………………………….....25

Hình 2.4.5: Cấu trúc gel của agar……………………………………………… ………………..26
Hình 2.4.7.1: Sản phẩm mứt trái cây…………………………………………………………… .27
Hình 2.4.7.2: Sản phẩm thịt……………………………………………………………….. …….28
Hình 2.4.7.3: Sản phẩm kẹo Jelly được sản xuất từ loại agar có polysaccharid mạch ngắn……. 28


5

1. Tổng quan về gum:
1.1. Gum là gì
Gum là những hợp chất keo và nước (hydrocolloid) có bản chất là các polysaccharide
chất tạo nên từ các monomer thường gặp là galactose, glucuronic acid, uronic acid, arabinose,
rhamnose và mannose… Các gum thường có nguồn gốc từ thực vật và vi sinh vật. Khi hoà tan
vào dung dịch chúng đóng vai trò như là những chất điều khiển hoạt động của các phân tử nước
nhằm chống lại sự chảy làm tăng độ nhớt của dung dịch hoặc hình thành nên trạng thái gel. Nhờ
những đặc tính này mà gum có công dụng rất phổ biến trong công nghệ thực phẩm vì vai trò là
chất phụ gia tạo cấu trúc cho các sản phẩm.
1.2. Đặc điểm của Gum:
- Bản chất: Polysaccharide
- Keo ưa nước (Hydrocolloids)
- Có nguồn gốc từ thực vật và vi sinh vật
- Là xơ hòa tan
- Có khả năng “hòa tan” vào nước
- Ở điều kiện thích hợp có thể tạo gel
1.3. Vai trò của Gum:
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,…) và giá trị dinh
dưỡng của thực phẩm. Ngoài ra còn có một số chất có tác dụng tạo gel, tạo bọt, làm bền hệ nhũ
tương,…
1.4. Phân loại gum:

- Dựa trên nguồn thu nhận gum mà người ta có thể phân loại Gum vào những nhóm
sau:
+ Nhóm chiết xuất từ nhựa cây (Exudates extracts): gum Arabic, tragacanth,
karaya, ghatti.
+ Nhóm chiết xuất từ hạt (Seed Gums): Guar gum, Locust bean gum (hay
Carrob bean gum), tara gum.
+ Nhóm chiết xuất từ tảo biển (Seaweed extracts): Algins, carrageenans, agar,
furcellaran.


6

+Nhóm chiết xuất từ thực vật (Plant extracts): Pectins, cellulose…;
+Nhóm có nguồn gốc lên men hay từ vi sinh vật: Xanthan gum, Gellan gum,
curland.
+Nhóm dẫn xuất của cellulose: CMC (carboxymethyl cellulose), hydroxypropyl
cellulose (HPC), Hydroxypropyl methylcellulose (HPMS), Methyl cellulose
(MC);
+Nhóm chiết xuất từ củ, rễ: Konjac mannan;
- Dựa vào cấu trúc hoá học và cấu trúc không gian :
+ Theo hình dạng:
• Mạch thẳng: Algins, carrageenans, cellulosics, furcellaran, konjac mannan,
pectin
• Mạch nhánh:
Loại 1 (mức độ phân nhánh thấp, mạch thẳng): Galactomannan (guar gum,
locust bean gum, tara gum, enzymically modified guar gum), Xanthan
gum;
Loại 2 (mức độ phân nhánh phức tạp – branch-on-branch):
Gum arabic, gum tragacanth (tragacathin);
+ Theo thành phần các tiểu đơn vị (monomeric units):

• Homoglycans: Cellulosics, curland.
• Diheteroglycans: Agarose, algins, carrageenans, furcellaran,
galactomannans, kojac mannan, pectins;
• Triheteroglycans: Gellan gums, xanthan gums;
• Tetraheteroglycans: Gum arabics;
• Pentaheteroglycans: Gum tragacanth.


7

1.5. Cấu tạo hóa học của Gum:
Gum là polymer được tạo nên bởi các monomer là các đường hoặc dẫn xuất của đường,
bao gồm: glucose, galactose, mannose, fucose, glucuronic acid, rhamnose, arabinose, xylose,…

Xanthan gum

Galactomannan
Guar gum, locust bean gum
Cellulose
Tragacanth
Hình 1.5: Một số loại gum thông dụng


8

1.6. Tính chất chung của Gum:
* Tính chất lưu biến: Dung dịch keo – Lưu chất phi Newton – Chất lỏng “giả dẻo”
Trong thực tế một dung dịch gum không được xem là một dung dịch thực bởi vì nó chịu
tác động bởi nhiều yếu tố: kích thước phân tử biểu kiến của các hạt gum phân tán trong dung
dịch cũng nhờ sự tương tác qua lại giữa chúng với nhau và với dung môi. Do đó, chúng có khả

năng cản trở sự chảy, tạo độ nhớt và có thể hình thành trạng thái gel.
Vì thế, thuật ngữ “dung dịch keo” ( hydrocolloid) hay chất lỏng “giả dẻo”
(pseudoplastic) hay lưu chất phi Newton thường được gán cho chúng. Hơn thế nữa, hầu hết các
gum thực phẩm đều là những chất góp phần làm ổn định cấu trúc cho thực phẩm: khả năng làm
bền hệ nhũ tương, hệ huyền phù , tạo kết cấu : tạo khối, tạo màng, bảo vệ sự xâm nhập và phân
cắt của enzyme,…
Các gum thực phẩm phải là những chất không màu (colorless), không mùi (oderless),
không vị (tasteless) và không gây độc (non- toxic). Tất cả các loại gum ngoại trừ tinh bột, các
dẫn xuất của của tinh bột đều không sinh năng lượng và chúng còn được xem là những chất xơ
hòa tan (soluble dietary fiber).

* Tính năng công nghệ:
- Khả năng tạo đặc (tạo nhớt):
+Kích thước phân tử
+Tương tác giữa các phân tử
+Lực cắt (shear force)
- Khả năng tạo gel
- Ổn định cấu trúc thực phẩm:
+Làm bền nhũ
+Ổn định trạng thái lơ lững của hệ huyền phù
+Ổn định hệ bọt


9

Bảng 1.6.1: Tính năng công nghệ của một số loại Gum


10

Bảng 1.6.2: Tính chất của một số loại Gum
Loại Gum
Xanthan gum

Tính chất đặc trưng
Độ nhớt rất cao, không bị ảnh hưởng bởi sự có
mặt của chất điện ly, ở khoảng pH rộng và ở
nhiệt độ cao.

Galactomannans (guar và locusy bean Độ nhớt rất cao, không bị ảnh hưởng bởi sự có
gum)
mặt của chất điện ly nhưng có thể mất độ nhớt
ở pH cao hay thấp hoặc ở nhiệt độ cao.
Carboxymethyl cellulose (CMC)

Độ nhớt cao nhưng bị giảm khi có chất điện ly
và pH thấp.

Methyl
cellulose
(MCs)
and Độ nhớt tăng khi nhiệt độ tăng, không bị ảnh
hydroxypropyl
metyl
cellulose hưởng bởi sự có mặt của chất điện ly hoặc pH.
(MPMCs)

1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo đặc:
- Khuấy trộn
- Nhiệt độ

- pH
- Nồng độ gum
- Nồng độ muối điện ly
- Rượu
- Enzyme
- Tương tác với các loại gum khác

1.8. Sản xuất Gum:
- Chiết suất trực tiếp từ nhựa cây, củ , rễ, hạt
+ Nhực cây: Gum Arabic, tragacanth …
+ Củ, rễ: Konjac mannan…
+ Hạt: Guar gum, Locust bean gum, …


11

- Bằng con đường lên men
+ Vi khuẩn: Xanthan gum
+ Gellan gum
2. Hệ thống các loại Gum thực phẩm:

Củ, rễ

Hạt

Konjac mannan

Guar gum
Locust bean gum

Nhựa

GUM
THỰC PHẨM

Arabic
Tragacanth
Karaya
Ghat

Lên men
Xanthan gum
Gellan gum
Curland
Algins
Carageenans
Agar

Pectin
Dẫn xuất cellulose

Cây
Tảo biển


12

2.1 Gum Arabic:
2.1.1 Giới thiệu về Gum Arabic:
Gum arabic hay còn gọi là gum Acacia có kí hiệu quốc tế INS là 414. Gum arabic

theo tiếng Ả Rập là một loại dịch nhựa được tiết ra từ thân và các cành của cây Acacia Senagal
(L) Willdenow hoặc các loài có liên quan chặt chẽ với chúng. Gum Arabic cũng được thu nhận
từ cây seyal là một loài họ hàng của cây acacia senegal.
Dạng gum được bán trên thị trường thường chứa thêm gum của các loài Acacia khác
ngoài Acacia senegal, chủ yếu là của cây Acacia seyal.
Dựa vào nguồn cung cấp, chúng ta có thể phân gum arabic ra làm hai loại:
- Loại được lấy từ cây Acacia Senagal (Hashab): loại này có dạng rắn, có màu từ
vàng nhạt đến vàng nâu, có những vết nứt giống thủy tinh.
- Loại được lấy từ cây Acacia seyal (Talha): chúng có màu sậm, bở hơn và hiếm
khi có mặt trong các lô hàng xuất khẩu.
2.1.2 Cấu tạo của Gum Arabic:
- Gum arabic từ loại Acacia Senegal và Acacia seyal là hỗn hợp các polysaccarit tạo
nhánh cao.
- Mạch chính của polysaccarit được tạo thành từ các đơn vị D-galactopyranose liên
kết bởi các liên kết ᵦ-D-(1,4) và ᵦ-D-(1,6). Các mạch bên đƣợc tạo thành từ các đơn vị Dgalactopyranose thường được gắn bằng các liên kết ᵦ-D-(1,3).

Hình 2.1.2: Cấu trúc của Gum arabic


13

Cả hai loại đều chứa một lượng nhỏ các hợp chất Nitơ (những hợp chất nitơ này
không thể tách ra được trong quá trình tinh sạch). Thành phần hóa học của chúng thay đổi nhẹ
theo nguồn gốc, thời tiết, mùa, độ tuổi của cây…
Bảng 2.1.2: Thành phần các chất trong Acacia Senegal và Acacia seyal

% galactose
% arabinose
% rhamnose
%glucuronic acid

4-O-methyl glucuronic acid
% nitrogen
Specific rotation/degrees
Average molecular mass (Mw)

Acacia senegal
44
27
13
14.5
1.5
0.36
-30
380.000

Acacia seyal
38
46
4
6.5
5.5
0.15
+51
850.000

2.1.3. Tính chất của Gum Arabic
- Gum arabic dễ dàng hoà tan trong nước tạo thành dung dịch trong suốt có màu
từ vàng nhạt đến vàng nâu tại pH khoảng 4,5.
- Gum Arabic là một lưu chất Niuton,có tính hơi axit.
- Dung dịch Gum Arabic có độ nhớt tương đối thấp.Cấu trúc phân nhánh bậc cao

của gum Senegal góp phần gia tăng lực liên kết giữa các phân tử, kết quả là dung dịch gum trở
nên nhớt khi có nồng độ cao.

Hình 2.1.3.1: So sánh độ nhớt của dung dịch Gum Arabic 30% với dung dịch Xanthan Gum
1% và dung dịch CMC 1%


14

Một tính chất công nghệ quan trọng khác của gum arabic là khả năng hoạt động như
một nhũ hoá cho tinh dầu và hương thơm. Như đã biết, các hợp phân có phân tử lượng lớn giàu
protein sẽ hấp phụ một cách chọn lọc trên bề mặt của các giọt dầu nhỏ. Người ta dự đoán rằng
các chuỗi polypeptide kỵ nước hấp phụ và giữ chặt các phân tử trên bề mặt trong khi những
thành phần carbonhydrate ức chế sự tạo bông và sự kết lại thông qua lực tĩnh điện và lực nay
không gian. Vì chỉ có một phần gum tham gia vào quá trình nhũ hoá nên nồng độ gum cần thiết
để tạo nhũ lớn hơn rất nhiều so với nồng độ của protein nguyên chất.
Ví dụ: Để tạo nhũ tương tinh dầu cam 20% thì cần nồng độ gum Arabic là 12%. Một khi đã hình
thành thì hệ nhũ tương sẽ đạt được trạng thái bền trong một thời gian dài mà không có dấu hiệu
bị kết tụ lại.

Hình 2.3.1.2: Giản đồ mô tả sự hấp phụ các giọt dầu trên bề mặt gum Arabic
Gum arabic phản ứng với các polyme cationic như gelatin để tạo thành các giọt tụ
được sử dụng với mục đích vi bọc. Gum arabic là vật liệu phủ bọc được sử dụng nhiều nhất khi
đem sản phẩm cần lưu giữ hương đi sấy phun. Nó là một chất nhũ hóa tự nhiên và được sử dụng
như một thuốc hãm hương thơm trong sản xuất hương thơm đậm đặc nghiền thành bột. So với
các maltodextrin, gum arabic có cho khả năng lưu giữ hương vị tốt hơn trong quá trình làm khô
và bảo quản. Hỗn hợp maltodextrin và gum arabic được sử dụng thành công để bọc các hương
thơm bền chống lại quá trình oxy hóa.

15

2.1.4. Ứng dụng
- Công nghiệp bánh kẹo
Ứng dụng quan trọng nhất của gum Arabic là
trong công nghiệp bánh kẹo và nó được sử dụng trong
nhiều sản phẩm khác nhau bao gồm kẹo gum, kẹo mùi,
kẹo dẻo và kẹo bơ cứng. Trong các sản phẩm kẹo, chúng
đƣợc sử dụng như một loại nước men do chúng có khả
năng làm đặc.
• Đối với kẹo cao su, gum arabic được sử dụng như một một thành phần của
nguyên liệu do tính chất không màu, không mùi, không độc, không ảnh hưởng đến mùi vị của
sản phẩm.
• Đối với kẹo dẻo, gum được sử dụng như là một chất làm bền bọt .Trong khi đó,
đối với kẹo bơ cứng thì nó được sử dụng để nhũ hoá các chất béo. Gum Arabic còn được sử dụng
để tạo một lớp nước bóng bên ngoài các quả hạch và các sản phẩm tương tự.
• Đối với các sản phẩm bánh, gum được sử dụng để cố định mùi, ngăn chặn sự
kết tinh của đường cũng như nhũ hóa chất béo.

- Trong sản xuất mứt dẻo: Gum arabic được trong công nghệ sản xuất mứt dẻo
nhằm mục đích cố định màu và ngăn chặn sự kết tinh của đƣờng cho sản phẩm.
- Trong sản xuất kem, đá, bơ sữa: Chúng được sử dụng với vai trò là chất ổn định,
làm đặc và là chất cố định hương.
 Quy định về việc sử dụng gum arabic trong các sản phẩm thực phẩm

STT
1
2
3
4

5
6
7
8
9

Nhóm thực phẩm
Sữa bơ (nguyên kem)
Sữa lên men (nguyên kem), sữa xử lý nhiệt sau lên men
Thịt, thịt gia cầm và thịt thú tươi nguyên miếng hoặc cắt
nhỏ
Thủy sản, sản phẩm thủy sản đông lạnh, kể cả
nhuyễn thể, giáp xác, da gai.

ML
GMP
5000
GMP

Thủy sản, sản phẩm thủy sản hun khói, sấy khô, lên
men hoặc ướp muối, kể cả nhuyễn thể,giáp xác,da
gai.
Dầu trộn, gia vị (bao gồm các chất tương tự như muối)

GMP

Thức ăn cho trẻ em dưới một tuổi
Thức ăn bổ sung cho trẻ đang tăng trưởng
Nước rau cô đặc (dạng lỏng hoặc dạng rắn)

Ghi chú

GMP

GMP
10000
20000
GMP

51
65


16

10
11

Nước quả cô đặc( dạng lỏng hoặc dạng rắn)
Cà phê, chè, nước uống có dược thảo và các loại đồ uống
từ ngũ cốc, không kể nước uống từ ca cao

12

Rượu vang

GMP
GMP
500

- ML (maximum level): giới hạn tối đa cho phép
- GMP: không giới hạn sử dụng trong thực phẩm
2.2. Xanthan Gum
2.2.1 Giới thiệu về Xanthan Gum
- Khái niệm: Xanthan gum là một polysaccharide được sử dụng như là một phụ gia
thực phẩm và chất điều chỉnh lưu biến. Là sản phẩm lên men của glucose và saccharose bởi vi
khuẩn Xanthomonas campestris. Xanthomonas campestris là loại vi khuẩn gây ra bệnh mục đen
trên cải, hoa lơ và các loại rau lá mỏng khác.
- Lịch sự ra đời của xanthan gum:
Cách đây rất lâu, con người đã tìm hiểu được rằng các loài Xanthomonas có thể
sản xuất ra những khối sền sệt.
Cuối năm 1950, xanthan đã được phát minh tại Northern Reaseach Center
(NRRC), Peoria, Illinois. Bà Allene Rosalind Jeanes và cộng sự của bà ở Viện Nông Nghiệp Hoa
Kỳ (United States Department of Agriculture) đã tổ chức cuộc kiểm tra các loài vi sinh vật có
khả năng sản xuất ra các loại gum tan trong nước, trong số đó, xanthan là một polysaccharide
tổng hợp bằng phương pháp sinh học mà có tiềm năng ứng dụng rất lớn so với các loại gum tan
trong nước được sản xuất bằng phương pháp tự nhiên.
Năm 1969, xanthan đã được tổ chức FDA (the American Food and Drug
Administration) cho phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm sau những nghiên cứu và thử nghiệm
trên động vật. Nó được phép sử dụng ở các nước: Hoa Kỳ, Canada, Châu Âu (1982). Số kí hiệu
là E415.
2.2.2. Cấu tạo của Xantha Gum:
2.2.2.1 Cấu tạo phân tử:
Xanthan bao gồm những cụm 5 gốc đường được lặp lại, mỗi cụm gồm 2 gốc
đường D glucose, 2 gốc đường D - mannose, 1 gốc đường D - glucoronate và các gốc acetate,
pyruvate với số lượng thay đổi. Mỗi cụm đơn vị của mạch chính trong chuỗi polysaccharide bao
gồm các gốc β – D – glucose, liên kết với nhau bằng liên kết – 1, 4 glycoside. Yếu tố này giống
với cấu trúc của cellulose. Mạch nhánh gồm 1 gốc glucoronate nằm ở giữa liên kết với 2 gốc
mannose. Vị trí thứ nhất của gốc D-glucoronate liên kết với vị trí thứ hai của 1 gốc D - mannose,

17

còn vị trí thứ tư của gốc D-glucoronate liên kết với vị trí thứ nhất của một gốc mannose khác.
Mạch nhánh liên kết với mạch chính tại vị trí thứ 3 trên gốc cellulose của mạch chính và vị trí
thứ nhất trên gốc mannose của mạch
nhánh.
Khoảng một nửa số gốc mannose ở cuối có
nhóm acid
pyruvic liên kết do nhóm ketal tạo vòng tại
vị trí 4 – 6
trên gốc mannose.
Gốc mannose còn lại liên
acetyl tại vị trí thứ 6. Xanthan gum cũng
ion dương hóa trị một như là Na, K. Mạch
mạch thẳng xoắn chặt với nhau tạo thành
bền chặt.
2.2.2.1.1: Cấu trúc một đơn vị của xanthan

Hình 2.2.2.1.2: Cấu tạo của xanthan gum

kết với một
chứa các
nhánh và
hình dạng
Hình
gum


18

2.2.2.2. Trạng thái phân tử:
- Xanthan là phân tử sinh học xoắn đôi nhưng không đối xứng nhau.
- Mạch nhánh và mạch thẳng xoắn chặt với nhau tạo thành hình dạng bền chặt.
- Các phân tử có thể co lại hình xoắn ốc kép hình thành nên cấu trúc đặc quánh,
khi gặp một số điều kiện sẽ bị duỗi mạch làm thay đổi tính chất.
- Mạch chính được mạch bên bảo vệ nên làm cho xanthan tương đối bền với acid,
kiềm và enzyme.
2.2.3. Tính chất của xanthan Gum:
- Độ nhớt và tính tan cao nổi bật: dung dịch Xanthan Gum 1% có độ nhớt tương
đương với 100 lần độ nhớt của gelatin với nồng độ như nhau. Vì vậy, tính làm dày và độ nhớt
của nó là rất lớn.
- Đặc trưng độc đáo của lưu biến pseudoplastic: Trong cùng một nhiệt độ, Xanthan
gum có thể làm thay đổi đảo ngược giữa sol và gel theo những thay đổi của các nguồn cơ khí bên
ngoài. Vì vậy, nó là một chất ổn định nhũ hóa có hiệu quả cao.
- Sự ổn định tuyệt vời với nhiệt độ và độ pH: Trong một phạm vi nhiệt độ lớn (-18120 ℃) và pH (2-12), Xanthan Gum có thể giữ độ nhớt và hiệu suất ban đầu của nó . Vì vậy, nó
có độ nhớt đáng tin cậy và tính ổn định trong băng-tan.
- Khả năng tương thích: Xanthan gum có thể hình thành một hệ thống làm dày ổn
định với axit, kiềm, muối, me, chất bảo quản, chất làm đặc, oxy hóa, và các hóa chất khác. Đồng
thời, nó vẫn có thể lưu biến.
- Theo tỷ lệ thích hợp, nó có thể sở hữu lưu biến rõ ràng khi kết hợp với locust bean
gum và các loại gum khác.
2.2.4. Ứng dụng
2.2.4.1. Trong thực phẩm
- Xanthan gum là một loại phụ gia được sử dụng trong thực phẩm để tạo độ nhớt,
độ sệt, tạo nhũ hay làm chất ổn định, làm bền hệ nhũ tương của dầu và nước, ví dụ như trong các
sản phẩm kem, sữa chua, mayonnaise, salad dressing…


19

Hình 2.2.4.1: Một số sản phẩm có sử dụng xanthan làm phụ gia
- Xathan có thể được phối trộn và sử dụng kết hợp với các phụ gia khác như guar
gum, locust bean gum để làm tăng độ dai, độ nhớt, độ bám chắc của thực phẩm so với sử dụng
một loại phụ gia.
- Khi gluten (có trong lúa mì) bị loại bỏ, xanthan gum sẽ được sử dụng cho bột
nhão hoặc hỗn hợp có tính bám dính thay thế cho gluten. Đây là dòng sản phầm dùng cho những
người dị ứng với gluten.
2.2.4.2. Trong mỹ phẩm

Hình 2.2.4.2: Một số mỹ phẩm có dùng xanthan
Xanthan được sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm như dầu gội đầu, cream, sản phẩm
dùng cho tóc, kem đánh răng. Đặc biệt, xanthan có công dụng làm cho da dễ chịu và không gây
tác dụng phụ khi dùng sản phẩm. Xanthan tạo ra gel liên kết với đất sét bentonite. Nó cũng được
dùng để tạo nhũ tương dầu – nước, giúp ổn định các giọt dầu, ngăn cản tách pha. Xanthan tạo
được một số hiệu ứng bề mặt.
2.2.4.3. Ứng dụng trong công nghiệp dầu mỏ
- Trong lĩnh vực dầu khí, xanthan đóng vai trò to lớn trong tất cả các giai đoạn
khoan dầu, vệ sinh đường ống…
- Tính lưu biến đặc trưng của xanthan, khả năng tương thích của xanthan với muối
và khả năng làm giảm hư hỏng do nhiệt làm cho xanthan được sử dụng rất phổ biến để thêm vào
dầu thô.
- Xanthan cũng được trộn vào bê tông khi đổ dưới nước để tăng độ sệt và chống
xói lở. Ngoài ra còn có những ứng dụng trong công nghiệp sơn phủ.
2.2.4.4. Ứng dụng trong dược phẩm
- Xanthan được dùng trong thuốc có dạng huyền phù như thuốc kháng sinh, thuốc
đau dạ dày…với vai trò capsule bao giữ bột thuốc và tác dụng hòa tan.
- Nhãn hiệu xanthan trên thị trường: sản phẩm xanthan gum từ Cargill Texturizing
Solutions được bán với tên thương hiệu SATIAXANE™ cho thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm
và VerXan™ cho các ngành công nghiệp khác.

2.3. Carageenan


20

2.3.1. Giới thiệu chung về Carageenan
- Carrageenan là một loại colloid nhóm phycocolloid cùng với agar, alginat.
Carrageenan được chiết rút từ rong biển đỏ có cấu trúc là một polysaccharite. Carrageenan đã
được biết đến từ rất lâu đời ở các nước phương tây. Vào những năm 1842-1862, các nhà khoa
học như: Schimdt, Stantord… đã phát hiện ra Carrageenan có trong một loài tảo đỏ có tên là
Chondrus Cripus và loài Irish moss thuộc họ Rhodophyceae, nhưng những khám phá của họ còn
thô sơ, chưa xác định được những tính chất cũng như đặc điểm của nó. Mãi đến những năm khi
chiến tranh thế giới thứ nhất bùng nổ, việc chiết xuất gelatin để phục vụ quân đội trở nên cấp
thiết. Do đó cần phải có chất thay thế, rất nhiều các nghiên cứu đã được tiến hành để giải đáp cho
vần đề này và cuối cùng họ đã tìm được một chất có tính chất giống như gelatin. Đó chính là
Carrageenan.
- Tên Carrageenan hay Carrageenan – irish moss là tên của một thị trấn ven biển Irish
thuộc Carrageenan.
- Trong công nghiệp Carrageenan được thu nhận bằng cách chiết từ tảo biển bằng
nước hay bằng dung dịch kiềm loãng. Carrageenan được thu lại bằng sự kết tủa bởi cồn, sấy
thùng quay, hay kết tủa trong dung dịch KCl và sau đó làm lạnh. Cồn được sử dụng trong suốt
quá trình thu nhận và tinh sạch là methanol, ethanol và isopropanol. Sản phẩm có thể chứa
đường nhằm mục đích chuẩn hóa, chứa muối để thu được cấu trúc gel đặc trưng hay tính năng
tạo đặc.

2.3.2. Cấu trúc
- Carrageenan có công thức cấu tạo đơn giảm là: R=(OSO3)2Ca, tồn tại trong ma trận
nội bào và thành tế bào rong biển, là polysaccharide phân tử cao với hàm lượng ester-sulfate từ
15% - 40%. Chúng bao gồm các đơn vị cơ bản là galactose và 3,6-anhydrogalactose (3,6 AG)
với các liên kết α-(1,3) and β-(1,4) glycosidic, cả 2 đơn vị này đều có thể được sulfate hóa hoặc

không. Sự khác nhau về đặc tính giữa kappa, iota và lambda carrageenan là số lượng và vị trí
nhóm ester sulfate groups cũng như hàm lượng 3,6-AG. Hàm lượng ester sulfate cao đồng nghĩa
với nhiệt độ hòa tan thấp và độ chắc gel thấp. Kappa carrageenan có hàm lượng ester sulfate
khoảng 25% - 30% và hàm lượng 3,6-AG khoảng 28% - 35%. Iota carrageenan có hàm lượng
ester sulfate khoảng 28% - 30% và hàm lượng 3,6-AG khoảng 25% - 30%. Lambda carrageenan
có hàm lượng ester sulfate khoảng 32% - 39% và không có 3,6-AG [1] [68].
- Kappa-Carrageenan: Là một loại polymer mạch ngắn xen kẽ giữa D-galactose4sulphat (Gal S) và 3,6 – Anhydro-D-galactose (GalA). Cấu trúc phân tử kappa-Carrageenan là
một vòng xoắn kép bậc 3.


21

Hình 2.3.2.1: Cấu trúc của Kappa carrageenan
- Iota-Carrageenan: Cũng giống như Kappa-Carrageenan nhưng gốc 3,6Anhydrogalactose lại ở vị trí cacbon thứ 2. Iota –Carrageenan là Carrageenan có nhóm SO42nhiều nhất trong mạch phân tử, cấu trúc là vòng xoắn kép bậc 2. Gel Iota- Carrageenan có tính
đàn hồi.

Hình 2.3.2.2: Cấu trúc của Iota carrageenan
- Lamda-Carrageenan: Trong mạch phân tử, các đơn vị monomeric được xen kẽ với
nhau: đơn vị D-galactose-2-sulphat (1,3) và D-galactose 2,6-disulphat.

Hình 2.3.2.3: Cấu trúc của Lambda carrageenan
2.3.3. Các tính chất lưu biến của carrageenan
2.3.3.1. Độ rắn:
Ở một nhiệt độ nhất định, độ rắn là một hàm của thời gian và thể hiện như một
hàm của sự phá hủy trong một mô hình nhất định. Tính chất lưu biến này thể hiện khi
carrageenan ở dạng bột, dạng sợi, dạng vảy, dạng thanh và dạng bán rắn.
Độ rắn của bánh đƣợc đo bằng máy TPA Texture Analyzer (TA-XT2i, Stable
Micro Systems, England). Bánh được cắt mỏng với độ dày 15mm được ép bằng pít tông nhôm

22

đường kính 50mm với lực 5kg/ô. Tỷ lệ trước, trong và sau khi kiểm tra là 3,0, 1,7 và 1,7mm/s.
Đường cong nén của bánh (khoảng cách và lực) đã được thể hiện, và 25% lực như kết quả đo độ
rắn của bánh theo phương pháp AACC International method 74–09 [9]. 6 lát/01 bánh được phân
tích.
Độ rắn của bơ thực vật và chất béo được xác định trên thiết bị CT3 với 4,5kg lực/
ô, fixture Base Table (TA-BT-KIT), đường kính xi lanh 5 mm (TA35) và phần mềm texture Pro
CT [27].
Phân tích texture (độ rắn, độ cứng, sự bung, sự kết dính, gumminess, chewiness
và khả năng phục hồi) của bánh mì kết hợp hạt kê được phân tích bằng máy Texture Analyzer
(Make Stable Micro System, UK, Model TA-XT2) [58].
2.3.3.2. Độ trương nở
Độ trương nở là khả năng hấp thụ nước hay dung dịch của carrageenan. Các dạng
tồn tại của carrageenan đều có đặc tính trương nở. Tuy nhiên sự trương nở phụ thuộc vào kiểu
cấu trúc của chúng, loại ion kim loại, nồng độ ion, loại dung dịch được carrageenan hấp thụ. Khả
năng trương nở của gel κ-carrageenan trong dung dịch nước và KCl. [38] được nghiên cứu thông
qua các thí nghiệm truyền photon với sự chuẩn bị gel có chứa ion K+ ion và ion K+ được coi
như nhân tố tạo gel. Cường độ photon được truyền liên tục tăng trong khi carrageenan trương nở
phụ thuộc vào hàm lượng carrageenan và ion trong gel.

2.3.3.3. Độ tan
Bảng 2.3.3.3: Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau
Môi trường

Iota-carrageenan

Nước nóng
Nước lạnh

Kappacarrageenan
o
Tan ở > 70 C
-

o
Tan ở > 70 C
-

Sữa nóng
Sữa lạnh
Sữa lạnh
(tetrasodium
Dung
dịch đường
Dung dịch muối
Dung môi hữu cơ

Tan
Không tan
Đặc hoặc tạo gel
Tan trong dung dịch
nóng
Không tan trong dung
dịch
lạnh
Không
tanvà nóng

Tan

Không tan
Đặc hoặc tạo gel
Khó tan
Tan trong dung dịch
nóng
Không tan

2.3.3.4. Độ nhớt

Lambdacarrageenan
Tan
Tan trong các loại muối
Tan
Phân tán dày đặc
Tăng độ đặc hoặc độ
tạo gel
Tan
trong dung dịch
nóng
Tan trong dung dịch
nóng
Không tan


23

Hình 2.3.3.4.1: Đường cong chảy của dung

Hình2.3.3.4.2: Độ nhớt của

dung dịch nước
dịch nước kappa carrageenan 1,5%

kappa carrageenan 1,5%

2.3.3.5. Tạo gel
Dung dịch nước nóng của kappa và iota carrageenans có khả năng hình thành gel
nhiệt phục hồi (thermo-reversible) khi được làm lạnh. Hiện tượng này xảy ra phụ thuộc vào sự
hình thành cấu trúc xoắn đôi bởi polymer carrageenan. Tại nhiệt độ cao hơn điểm nhiệt tan chảy
của gel, polymer carrageenan tồn tại trong dung dịch ở trạng thái cuộn ngẫu nhiên. Khi dung
dịch được làm lạnh, mạng lưới polymer 3 chiều được hình thành, trong đó các xoắn đôi hình
thành các điểm giao nhau trong chuỗi polymer. Xa hơn, khi làm mát sẽ tạo điều kiện đính kết các
mắt xích để tạo cấu trúc gel 3 chiều. Sự hiện diện của liên kết trong chuối cũng như số lượng,
kiểu và vị trí nhóm ester sulfate đều ảnh hưởng lên đặc tính hóa gel của carrageenan. Cơ chế gel
hóa cơ bản dựa trên dung dịch kappa and iota carrageenan solutions. Muối calcium hoặc
potassium là cần thiết trong gel nước, nhưng không cần thiết trong gel sữa.
Ví dụ: kappa carrageenan hình thành gel rắn với ion potassium trong khi iota và lambda ít bị ảnh
hưởng bởi potassium hơn. Iota carrageenan tương tác với ion calcium để hình thành gel elastic
mềm nhưng muối calcium không ảnh hưởng tới đặc tính của lambda carrageenan.


24

Gel kappa carrageenan rắn giòn

Gel iota carrageenan đàn hồi

Hình 2.3.3.5: Gel carrageenan với các ion
2.3.4. Ứng dụng
Đặc tính của polymer sinh học có nguồn gốc tự nhiên trong nhiều trường hợp bị chi

phối bởi khối lượng phân tử, phân bố khối lượng phân tử, kích thước, hình dáng và độ nhớt đàn
hồi (viscoelastic) của chúng. Xa hơn, chúng cũng phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần dung
môi cũng như khả năng tự liên kết của bản thân chúng. Nhờ có các tính chất vật lý và hoá học
đặc biệt của carrageenan nên nó được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và phi
thực phẩm để làm chất đồng hoá, ổn định, tạo gel, tạo độ nhớt, tạo kết cấu,…. Carrageenan là
một trong những phụ gia tốt nhất trong công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp khác,
danh mục các ứng dụng của carrageenan là vô cùng lớn, có thể tóm tắt lại như bảng sau:

Bảng 2.3.4: Cơ cấu thị trường tiêu thụ carrageenan
Ứng dụng
Bơ sữa
Thịt và gia cầm
Nước giải khát
Thực phẩm sử dụng carrageenan tinh khiết

Tấn
11.000
5.000
5.000
8.000

%
33
15
15
25


25

Kem đánh răng
Khác
Tổng cộng

2.000
2.000
33.000

6
6
100

Ngày nay trên thị trường có khoảng 4.000 sản phẩm hàng hoá có sử dụng
carrageenan, trong đó công nghệ thực phẩm sử dụng nhiều nhất. Một số ứng dụng của
carrageenan trong công nghiệp thực phẩm:
- Sản xuất dấm công nghiệp là quá trình sinh hóa sử dụng vi khuẩn hữu ích.
Những hạt gel k-carrageenan đã được sử dụng như chất mang trong quá trình sản xuất liên tục
acid acetic.
- Trong quá trình sản xuất bia, những hạt k-carrageenan đã được sử dụng để cố
định tế bào nấm men.
- Hydrocolloids được đưa vào trong bột nhằm tác động lên nhưng textural khác
nhau của bánh mì, như alginate đảm bảo độ chắc của bột và k-carrageenan giảm độ rắn của bánh
mì.
- Carrageenan được sử dụng như chất ổn định để làm tăng độ nhớt của pha liên
tục, từ đó chúng đảm bảo chất béo không bị phân riêng trong dung dịch.
- Carrageenan ở nồng độ rất thấp (ca. 300 ppm) đóng vai trò ổn định cocoa trong
sữa chocolate; không có gum nào có đặc tính này….

Bột carrageenan

Các món tráng miệng