BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH TRẠNG THÁI CỦA GEL DẠNG HẠT NHẰM ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỨC UỐNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH TRẠNG THÁI
CỦA GEL DẠNG HẠT NHẰM ỨNG DỤNG TRONG
CHẾ BIẾN THỨC UỐNG

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN TRỌNG
Ngành: BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN THỰC PHẨM
Niên khóa: 2007 - 2011

Tháng 7/2011


BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH TRẠNG THÁI
CỦA GEL DẠNG HẠT NHẰM ỨNG DỤNG TRONG
CHẾ BIẾN THỨC UỐNG

Tác giả

NGUYỄN TRỌNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
Bảo Quản Và Chế Biến Nông Sản Thực Phẩm

Giáo viên hướng dẫn:
T.S Phan Thế Đồng

i

LỜI CÁM ƠN
Con xin khắc ghi công ơn của ba mẹ, người hết lòng lo lắng, chăm sóc và dạy
bảo con nên người. Con xin gửi lời cám ơn đến gia đình và người thân đã luôn bên
cạnh động viên, cổ vũ con trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện đề tài.
Em chân thành gửi đến thầy Phan Thế Đồng, người đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ em thực hiện đề tài, lòng biết ơn sâu sắc.
Em xin gửi lời cám ơn tới Quý Thầy, Cô của Khoa Công Nghệ Thực Phẩm đã
truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập.
Xin chân thành cảm ơn những người bạn đã đồng hành cùng tôi trong 4 năm
qua, cùng chia sẻ và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.

ii


TÓM TẮT
Đề tài “Bước đầu nghiên cứu ổn định trạng thái lơ lửng của gel dạng hạt nhằm
ứng dụng trong chế biến thức uống” được thực hiện tại phòng thí nghiệm hóa sinh
khoa Công Nghệ Thực Phẩm trường Đại học Nông Lâm TP. HCM từ ngày 01/03/2011
đến ngày 15/07/2011.
Trong phạm vi đề tài chúng tôi tiến hành những thí nghiệm sau:
 Thí nghiệm 1: Khảo sát khả năng tạo gel dạng hạt của một số polysaccharide
 Thí nghiệm 2: Khảo sát dung dịch polysaccharide tạo gel và tỷ lệ màu
 Thí nghiệm 3: Khảo sát hàm lượng các chất ổn định trạng thái lơ lửng
 Thí nghiệm 4: Khảo sát khả năng thay thế màu bằng quả, nước lá dứa hướng tới
tạo sản phẩm mới
Kết quả thu được như sau:
 Thí nghiệm 1: Chọn alginate làm yếu tố tạo gel.
 Thí nghiệm 2: Chọn được nồng độ alginate 1% và tỷ lệ màu 10%.

 Thí nghiệm 3: Chọn được agar làm chất ổn định trạng thái lơ lửng của gel hạt.
 Thí nghiệm 4: Khả năng ổn định của gel bổ sung dịch xoài và nước lá dứa là rất
tốt nhưng dung dịch agar lại bị đục sau 10 ngày.

iii


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN................................................................................................................. ii
TÓM TẮT..................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...........................................................................vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ viii
Chương 1 MỞ ĐẦU.......................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề ..............................................................................................................1
1.2 Mục đích của đề tài ................................................................................................1
Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................2
2.1 Phân loại về các loại thức uống hiện nay ...............................................................2
2.1.1 Thức uống không có cồn .................................................................................2
2.1.2 Thức uống có cồn ............................................................................................3
2.2 Các chất phụ gia thực phẩm tạo cấu trúc và ổn định cấu trúc................................4
2.2.1 Alginate............................................................................................................4
2.2.2 Carrgeenan .......................................................................................................8
2.2.3 Xanthan gum ..................................................................................................11
2.2.4 Agar ...............................................................................................................12
2.2.5 Pectin .............................................................................................................15
2.3 Sự di chuyển của một khối cầu trong chất lỏng Newton .....................................17
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................19
3.1 Thời gian và địa điểm thí nghiệm ........................................................................19
3.2 Vật liệu thí nghiệm ...............................................................................................19

3.2.1 Nguyên liệu ....................................................................................................19
3.2.3 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ......................................................................20
3.3 Sơ đồ thực hiện ....................................................................................................20
3.4 Nội dung và phương pháp nghiên cứu .................................................................20
3.4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát khả năng tạo gel dạng hạt của một số polysaccharide
................................................................................................................................20
3.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát dung dịch polysaccharide tạo gel và tỷ lệ màu ......22
3.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát hàm lượng các chất ổn định trạng thái lơ lửng ......22
iv


3.4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát khả năng thay thế màu bằng quả, nước lá dứa
hướng tới tạo sản phẩm mới ...................................................................................23
3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu .............................................................................24
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................25
4.1 Lựa chọn polysaccharide có khả năng tạo gel tốt trong nước và canxi ...............25
4.2 Lựa chọn công thức tạo gel thích hợp của nồng độ alginate và tỷ lệ màu ...........26
4.3 Lựa chọn khả năng ổn định cấu trúc xanthan gum, carrageenan, agar ................27
4.4 Lựa chọn khả năng thay thế màu bằng nước quả hoặc nước lá dứa thơm ...........31
4.4.1 Lựa chọn khả năng thay thế màu bằng nước quả xoài ..................................31
4.4.2 Lựa chọn khả năng thay thế màu bằng nước lá dứa thơm .............................33
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................35
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................36
PHỤ LỤC .....................................................................................................................37

v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
FAO: Food and Agriculture Organization

MW: Molecular Weights
DP: Degree of Polymerization
TNHH: Trách nhiệm hữu hạn
Ctv: cộng tác viên

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Phân loại thức uống .........................................................................................2
Hình 2.2 Cấu trúc alginate ..............................................................................................4
Hình 2.3 Cấu trúc gel của alginate khi có mặt Ca2+ . ....................................................6
Hình 2.4 a) κ – carrageenan; b) λ- carrageenan .............................................................8
Hình 2.5 Cơ chế tạo gel của κ - carrageenan và ι – carrageenan .................................10
Hình 2.6 Xanthan gum ................................................................................................11
Hình 2.7 Cấu trúc của phân tử agar .............................................................................13
Hình 2.8 Cấu trúc của pectin ........................................................................................15
Hình 2.9 Mối quan hệ giữa ứng suất cắt và tốc độ cắt của chất lỏng Newton .............17
Hình 3.1 Sơ đồ tiến trình thực hiện ..............................................................................20
Hình 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 ...............................................................................21
Hình 4.1 Tỷ lệ các hạt nổi, chìm, lơ lửng .....................................................................26
Hình 4.2 Tỷ lệ nổi, lơ, lửng của hạt gel trong ngày đầu tiên. ......................................27
Hình 4.3 Tỷ lệ nổi, lơ, lửng của hạt gel sau 2 ngày......................................................29
Hình 4.4 Tỷ lệ nổi, lơ, lửng của hạt gel sau 4 ngày......................................................30
Hình 4.5 Trạng thái của hạt gel bổ sung xoài sau một thời gian theo dõi ....................31
Hình 4.6 Trạng thái của hạt gel bổ sung nước lá dứa sau một thời gian theo dõi ........33

vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần monomer của các phân đoạn carrageenan ...................................9
Bảng 2.2 Độ nhớt của các loại dich thực phẩm có đặc tính chất lỏng Newton.............18
Bảng 3.1 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát nồng độ tạo gel của polysaccharide và tỷ lệ
màu ................................................................................................................................22
Bảng 3.2 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát các chất ổn định cấu trúc ............................22
Bảng 4.1 Khả năng tạo gel của các polysaccharide trong nước và canxi .....................25

viii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay, cùng với sự phát triễn của khoa học công nghệ, ngành công nghiệp
thực phẩm ở nước ta đang dần phát triễn góp phần to lớn trong việc nâng cao giá trị
các mặt hàng nông sản, đa dạng hóa thực phẩm để phục vụ cho người tiêu dùng.
Nhìn chung, thị trường đồ uống tại Việt Nam là một thị trường còn nhiều tiềm
năng, đặc biệt tại các thành phố và thị trấn, nơi lối sống hiện đại đang ngày càng trở
nên phổ biến dẫn đến sự gia tăng về nhu cầu thực phẩm đã qua chế biến và đóng gói.
Vì thế việc nâng cao chất lượng, nhằm đem đến những sản phẩm tốt nhất cho người
tiêu dùng là một yêu cầu khách quan. Sự cạnh tranh trên thị trường đồ uống ngày càng
trở nên khốc liệt, đòi hỏi các doanh nghiệp không ngừng đẩy mạnh nghiên cứu, nhằm
đưa ra những sản phẩm mới có chất luợng cao.
Yêu cầu của thị trường nước giải khát ngày càng cao, đòi hỏi các sản phẩm tạo
ra phải ngon, bổ và hợp túi tiền của người tiêu dùng. Đó là điều kiện tiên quyết để sản
phẩm cạnh tranh được trên thị trường, tuy nhiên một yếu tố không kém phần quan
trọng nữa đó là sự đa dạng hóa sản phẩm, vì vậy việc tạo ra một sản phẩm mới lạ, bắt
mắt sẽ tăng thêm tính cạnh tranh của sản phẩm rất cao.
Từ thực tiễn trên, được sự cho phép của khoa Công Nghệ Thực Phẩm với sự

hướng dẫn của Thầy Phan Thế Đồng, chúng tôi tiến hành đề tài: “Bước đầu nghiên
cứu ổn định trạng thái lơ lửng của gel dạng hạt nhằm ứng dụng trong chế biến thức
uống”.
1.2 Mục đích của đề tài
Tạo gel dạng hạt và ổn định trạng thái lơ lửng trong nước nhằm hướng tới phát
triển thức uống.

1


Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Phân loại về các loại thức uống hiện nay
Nước giải khát được phân loại theo nhiều nhóm tùy theo đặc tính sản phẩm:
Nước giải khát có gas và không có gas (theo sự có mặt của CO 2 ); nước giải khát lên
men và không lên men (theo công nghệ); nước giải khát tự nhiên và không tự nhiên
(theo nguồn gốc). Theo FAO (Food and Agriculture Organization) nước giải khát được
phân loại như sau:

Hình 2.1 Phân loại thức uống
2.1.1 Thức uống không có cồn
2.1.1.1 Thức uống không gas
a) Nước ép trái cây: 100% nước quả nguyên chất.

2


b) Nước trái cây: Nước trái cây pha với đường, axit 1% và đường 10-12%, pH
3,0 – 4,0.
c) Nectar: Nước ép trái cây (30%) pha với nước, đường và có bổ xung thịt quả

(Lê Văn Tân và ctv).
d) Cà phê, trà: đây là hai loại thức uống quen thuộc và không thể thiếu của
người Việt Nam.
2.1.1.2 Thức uống có gas
Là loại thức uống có hoặc không có nước ép quả, thường được pha chế với
nước, đường, màu, mùi, và các chất phụ gia.
a) Soda: Dung dịch nước đường đậm đặc (60%), có bổ sung hương nhân tạo.
b) Thức uống chức năng: Là loại thức uống bổ sung những thành phần chức
năng.
c) Coca cola: thuộc loại nước giải khát pha chế gồm đường, nước, hương liệu,
màu và phụ gia.
2.1.2 Thức uống có cồn
2.1.2.1 Thức uống từ trái cây
a) Chưng cất (brandy): được chưng cất từ nước ép trái cây lên men. Thường
được đựng trong thùng gỗ sồi. Màu sắc của brandy từ các thùng hoặc từ caramel được
thêm vào.
b) Không chưng cất (rượu vang): được lên từ nước ép quả, có thể sản xuất từ
nhiều loại quả khác nhau (Đàm Sao Mai và Nguyễn Khánh Hoàng, ?).
2.1.2.2 Thức uống từ hạt
a) Không chưng cất (bia): Bia là loại đồ uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng,
được sản xuất từ đại mạch ươm mầm, hoa houblon và nước (Hoàng Đình Hòa, 1999).
b) Không chưng cất (whisky): được sản xuất bằng cách chưng cất ngũ cốc lên
men như lúa mạch đen, ngô hoặc lúa mạch (James Williams, 2009).
Ở Việt Nam hiện nay dòng sản phẩm thức uống không có gas đang được ưa
chuộng cao. Đối với dòng sản phẩm có cồn thì dòng sản phẩm rượu vang, bia đang
chiếm ưa thế mạnh, mỗi năm hàng tỷ lít bia được tiêu thụ mỗi năm. Các mặt hàng
nước giải khát chế biến từ nguyên liệu trái cây có tốc độ tăng trưởng chưa cao.

3

Khi đời sống được nâng cao, quỹ thời gian không còn nhiều, việc sử dụng nước
giải khát công nghiệp sẽ tăng. So với các quốc gia trong khu vực thì sản lượng tiêu thụ
nước giải khát ở nước ta vẫn còn thấp, vì vậy có thể nói ngành nước giải khát ở nước
ta hiện nay còn nhiều tiềm năng và cần được khai thác một cách hiệu quả. Chính vì
những lý do trên chúng tôi muốn nghiên cứu để tạo ra một dòng sản phẩm mới nhằm
đa dạng hóa sản phẩm góp phần nâng cao khả năng cạnh tranh của nước giải khát trên
thị trường.
2.2 Các chất phụ gia thực phẩm tạo cấu trúc và ổn định cấu trúc
2.2.1 Alginate
2.2.1.1 Cấu trúc và tính chất của alginate
Alginate có trong tất cả các loại tảo nâu (Phaeophyceae), là thành phần của
thành tế bào. Nguồn thu nhận alginate chính trong công nghiệp là tảo bẹ lớn (giant
kelp Macrocystis pyrifera). Alginate thường được chiết bằng kiềm, sau đó được kết tủa
bằng axit hay muối canxi.
Alginate được tạo thành từ các axit β-D-mannuronic và axit α-L-guluronic qua
liên kết 1,4. Tỷ lệ của hai axit này vào khoảng 1,5 tùy thuộc vào nguồn thu nhận
alginate.

Hình 2.2 Cấu trúc alginate (H.-D. Belitz, W. Grosch và P. Schieberle, 2009)
Alginate là co-polymer mạch thẳng với các đơn vị cấu trúc được tìm thấy sau đây:
[

4)-β-D-ManpA(1-4)-β-D- ManpA(

1] n

[

4)- α-L-GlupA(1-4)-α-L-GlupA(1

]m

[

4)-β-D-ManpA(1-4)-α-L-GlupA(1

]p
4


Sản phẩm thương mại thường ở dạng alginate Na, có MW (Molecular Weights)
32-200kDa, tương ứng với mức độ polymer hóa DP (Degree of Polymerization) từ
180-930.
Alginate ở dạng muối tan trong nước, độ nhớt của dung dịch thu được phụ
thuộc vào trọng lượng phân tử và sự hiện hiện của các ion. Khác với agar, dung dịch
alginate không đông lại ngay cả khi làm lạnh đông.
Độ nhớt thấp khi không có sự hiện diện của các ion hóa trị 2, 3 hoặc khi có mặt
của các chất liên kết kim loại, độ nhớt tăng khi hàm lượng các ion đa hóa trị tăng, độ
nhớt không bị ảnh hưởng khi pH môi trường 4,5 – 10, độ nhớt tăng khi pH<4,5 và đạt
tối đa khi pH môi trường 3 – 3,5 (H.-D. Belitz, W. Grosch và P. Schieberle, 2009).
2.2.1.2 Tính chất tạo gel của natri alginate
Các alginate có khả năng tạo gel khi có mặt các ion canxi (kể cả canxi photphat,
canxi cacbonat, canxi tactrat, canxi citrat) khi ở nhiệt độ phòng và ở vùng pH = 4 – 10.
Tham gia tạo gel trong trường hợp này, các tương tác tĩnh điện (qua cầu canxi) có vai
trò quan trọng. Có lẽ vì thế các gel này không thuận nghịch và không đàn hồi. Trong
dung dịch, cation canxi tấn công vào các nhóm cacboxyl của alginate, một ion Ca2+
thay thế hai ion Na+ trong hai phân tử alginate liền kề nhau để tạo ra liên kết ngang
giữa hai phân tử đó (Nguyễn Văn Khôi, 2006)
Quá trình tạo gel của alginate được giải thích theo mô hình hộp trứng (Catarina

M. Silva và ctv, 2006; và T. P. Coultate, 2006; H.-D. Belitz, W. Grosch và P.
Schieberle, 2009) theo đó chỉ có các phân đoạn homopolyguluronic mới tham gia tạo
gel. Trong quá trình tạo gel, ion Ca2+ liên kết với các nhóm carboxyl của bốn gốc
guluronic nằm trên hai đoạn mạch natri alginate khác nhau. Sau đó các chuỗi khác tiếp
tục chồng lên theo mô hình hộp trứng.

5


Hình 2.3 Cấu trúc gel của alginate khi có mặt Ca2+ (H.-D. Belitz, W. Grosch và P.
Schieberle, 2009).
 Cơ chế tạo gel dạng hạt
Quá trình tạo gel natri alginate dạng hạt theo hai phương pháp, phương pháp
khuếch tán và phương pháp tạo gel bên trong. Theo phương pháp khuếch tán, các ion
tạo gel sẽ khuếch tán vào bên trong dung dịch alginate. Vì vậy quá trình tạo gel xảy ra
trên bề mặt và phát triển vào bên trong. Hạt gel được tạo theo phương pháp này có tính
đồng thể không cao. Phần lớn các phân tử natri alginate sẽ tập trung trên bề mặt hạt và
mật độ của chúng sẽ giảm dần vào bên trong tâm của hạt. Thông thường để tạo gel
người ta thường nhỏ dung dịch natri alginate vào dung dịch CaCl 2 .
Ngược lại phương pháp tạo gel bên trong, hạt gel sẽ có tính đồng thể cao hơn
do quá trình tạo gel diễn ra chậm. Phương pháp này được thực hiện bằng cách cho các
ion vào trong dung dịch natri alginate. Đối với ion Ca2+ thường dùng ở dạng CaCO 3 ,
CaSO 4 hoặc dạng phức như: EDTA, citrate… bằng cách thay đổi PH, các ion sẽ được
giải phóng dần dần để tham gia tạo liên kết.

6


 Sự co rút của hạt gel trong quá trình cố định
Quá trình tạo gel theo phương pháp khuếch tán được bắt đầu từ bề mặt hạt gel

và từ từ sẽ tiến dần vào bên trong làm cho hạt gel, nước thoát ra và thể tích giảm đi.
Quá trình tạo gel kéo theo các phân tử natri alginate tù vùng trung tâm chưa tạo gel ra
bề mặt làm cho nồng độ natri alginate ở trung tâm giảm đi, vì vậy dù ion Ca2+ tiếp tục
khuếch tán vào bên trong nhưng mạng lưới gel được tạo ra sẽ thưa hơn. Mặt khác do
mạng lưới gel ở bên ngoài dày hơn nên việc khuếch tán ion Ca2+ vào bên trong sẽ
chậm dần. Khi lớp gel bên ngoài đã dày và chắc, tốc độ co rút của hạt gel sẽ diễn ra
chậm hơn và khó khăn hơn mặc dù quá trình tạo gel vẫn diễn ra bên trong hạt. do
không co rút được nữa, mạng lưới gel phía trong sẽ chứa nhiều nước hơn. Chính vì thế
quá trình tạo gel theo phương pháp khuếch tán tạo nên tính không đồng thể của gel.
Như vậy trong quá trình tạo gel có hai chuyển động ngược chiều nhau: lớp gel chuyển
động dần về phía trung tâm hạt tạo sự co rút hạt gel và làm nước thoát ra ngoài, sự
chuyển động của natri alginate từ trung tâm hạt ra bên ngoài và tạo nên vùng có hàm
lượng nước cao ở trung tâm hạt.
Tính đồng thể của gel có thể được điều chỉnh bằng các thông số trong quá trình
tạo gel. Tính đồng thể lớn nhất khi sử dụng natri alginate có khối lượng phân tử cao và
nồng độ ion canxi cao, tính đồng thể sẽ thấp khi sử dụng natri alginate có khối lượng
phân tử nhỏ và nồng độ ion canxi thấp.
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo gel
Do quá trình tạo gel được thực hiện bởi sự liên kết giữa các phân tử natri
alginate và ion Ca2+ nên tính chất tạo gel dạng hạt sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Nồng độ ion Ca2+, nồng độ và nguồn gốc của dung dịch natri alginate sử dụng. Nhiều
kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi nồng độ natri alginate càng cao thì sự co rút của
hạt gel càng ít. Khi đó mạng lưới gel sẽ nhiều hơn, và giữ nước trong gel nhiều hơn.
2.2.1.3 Ứng dụng của alginate
Alginate có vai trò là chất làm đặc, chất ổn định và chất tạo gel trong thực
phẩm. Ở nồng độ sử dụng 0,25%-0,5% giúp tăng độ bền của các sản phẩm salad, kẹo
chocolate và nhân bánh dạng paste trong bánh ngọt, ngăn ngừa hiện tượng tạo thành
các tinh thể đá lớn ở sản phẩm kem trong suốt thời gian bảo quản. Alginate cũng được
sử dụng trong nhiều sản phẩm dạng gel như gel trái cây, đồ tráng miệng; nó là chất ổn
7

định trong các loại nước quả đục và làm bền bọt bia; nó cũng được dùng làm trong
thực phẩm ăn kiêng, là chất mang trong cố định tế bào (H.-D. Belitz, W. Grosch và P.
Schieberle, 2009).
2.2.2 Carrgeenan
2.2.2.1 Cấu trúc và tính chất của carrageenan
Tảo biển đỏ Rhodophyceae tạo ra hai dạng galactan:
 Agar và các polysaccharride giống agar với thành phần monomer là Dgalactose và 3,6-anhydro-L-galactose.
 Carrageenan và các polysaccharide có liên quan với thành phần D-galactose và
3,6-anhydro-D-galactose liên kết với nhau bởi liên kết 1-4 và 1-3.
Carrageenan có cấu tạo gần giống agar, nhưng D-galactose được sulphate hóa
với tỉ lệ cao 20 – 36% sunfat este. Các gốc đường bị sulphate hóa một phần để tạo
thành 2-, 4-, 6-sulphate và 2,6-disulphate. Carrageenan được tách từ các loài
Chondrus, Eucheuma, Gigartina, Gloiopeltis và Iridaea bằng nước nóng trong môi
trường kiềm yếu, sau đó được sấy khô hay kết tủa để thu các sản phẩm tinh sạch hơn.
Carrageenan là một hỗn hợp nhiều polysacharide, chúng có thể được tách riêng bằng
phương pháp kết tủa phân đoạn với ion kali.

Hình 2.4 a) κ – carrageenan; b) λ- carrageenan (H.-D. Belitz, W. Grosch và P.
Schieberle, 2009)
8


Bảng 2.1 Thành phần monomer của các phân đoạn carrageenan
Carrageenan

Thành phần monosacharide

ι-Carrageenan

D-galactose-4-sulphate,
3,6-anhhydro-D-galactose-2-sulphate

κ-Carrageenan

D-galactose-4-sulphate,
3,6-anhhydro-D-galactose

λ-Carrageenan

D-galactose-2-sulphate,
D-galactose-2,6-disulphate

μ-Carrageenan

D-galactose-4-sulphate,
D-galactose-6-sulphate,
3,6-anhhydro-D-galactose

ν-Carrageenan

D-galactose-4-sulphate,
D-galactose-2,6-disulphate,
3,6-anhhydro-D-galactose

Furcellaran

D-galactose-D-galactose-2-sulphate,
D-galactose-4-sulphate,

D-galactose-6-sulphate,
3,6-anhhydro-D-galactose

(H.-D. Belitz, W. Grosch và P. Schieberle, 2009)
2.2.2.2 Tính chất tạo gel của carrageenan
Trong các thành phần trên, hai phân đoạn quan trọng nhất là κ-Carrageenan (tạo
gel và kết tủa bởi K+) và λ-Carrageenan (không tạo gel và không bị kết tủa bởi K+).
Phân tử lượng của κ- và λ-Carrageenan nằm trong khoảng 200-800kDa. Độ hòa tan
trong nước tăng khi tỷ lệ sulphate hóa tăng và khi lượng các gốc anhhydro-galactose
giảm. độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào dạng carrageenan, trọng lượng phân tử,
nhiệt độ, sự có mặt của các ion và nồng độ của carrageenan. Khi có mặt một số ion
như amoni, kali, rubidi, xezi, dung dịch κ-Carrageenan có thể tạo gel thuận nghịch; tuy
nhiên khi có mặt ion lithi và natri thì sự tạo gel không xảy ra.
Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tạo gel của carrageenan phụ thuộc vào bán
kính của ion hydrat hóa. Trong trường hợp lithi và natri, bán kính (khoảng cách giữa
9


ion và phân tử carrageenan) tương ứng là 0,34nm và 0,28nm vượt quá giới hạn cho
phép nên không tạo nên không tạo nên được cầu nối tạo cấu trúc gel. Ngoài ra, khả
năng tạo gel của carrageenan có thể còn do cơ chế tạo cấu trúc xoắn kép, giúp κCarrageenan tạo được gel cứng và có độ đàn hồi tốt hơn. Các gốc 6-sulphate có thể bị
loại bỏ khi đun nóng carrageenan trong dung dịch kiềm, tạo ra các gốc 3,6anhydrogalactose, giúp tăng cường đáng kể độ bền của gel. Carrageenan và những
polysaccharide axit khác có thể làm đông tụ protein khi pH của dung dịch protein thấp
hơn điểm đẳng điện. Tính chất này có thể được sử dụng để tách riêng các hỗn hợp
nhiều hơn (H.-D. Belitz, W. Grosch và P. Schieberle, 2009).

Hình 2.5 Cơ chế tạo gel của κ - carrageenan và ι – carrageenan
Trong một dung dịch nóng, các phân tử polymer ở trong trạng thái cuộn. Dung
dịch được làm mát, chúng kết với nhau trong cấu trúc xoắn kép. Dung dịch tiếp tục
được làm lạnh, xoắn đôi tiếp tục được hình thành với sự trợ giúp của các ion kali hoặc

canxi (Owen R. Fennema, 1997).
2.2.2.3 Ứng dụng của carrageenan

10


Việc sử dụng carrageenan trong công nghiệp thực phẩm dựa trên các tính chất
như khả năng tạo gel, tăng cường độ nhớt của dung dịch, làm bền hệ nhũ tương và
nhiều hệ phân tán khác của carrageenan. Khả năng tạo gel khi có mặt ion K+ được sử
dụng trong đồ tráng miệng và đồ hộp. Cấu trúc sợi của protein được cải thiện, hiện
tượng lắng của protein trong sữa đặc có đường cũng giảm nhờ sử dụng carrageenan.
Cuối cùng, carrageenan được sử dụng làm chất ổn định trong kem và đồ uống (H.-D.
Belitz, W. Grosch và P. Schieberle, 2009).
2.2.3 Xanthan gum
2.2.3.1 Cấu trúc và tính chất của xanthan gum
Xanthan gum là một loại polysaccharide ngoại bào được tổng hợp bởi chủng
Xanthomonas campestris và một số loài vi sinh vật khác trên môi trường chứa glucose,
NH 4 Cl, axit amin và khoáng chất cần thiết. Xanthan gum được tách ra khỏi môi
trường nhờ kết tủa bằng isopropanol khi có mặt KCl.
Xanthan gum có thể được coi là một dẫn xuất của cellulose. Mạch xanthan gum
chứa các liên kết 1,4 của β-glucopyranose. Cứ cách một gốc đường, tại vị trí C3 của
đường glucose tiếp theo lại gắn với một đoạn mạch nhánh trisaccharide có cấu trúc βD-Manp-(1-4)-β-D-GlcpA(1-2)-α-D-Manp. Gốc đường mannose nối với mạch chính
bị acetyl hóa ở C6, còn khoảng 50% đường mannose ở đầu cuối của đoạn mạch nhánh
này liên kết với pyruvat thành 4,6-O-(1-carboxy-ethylidene)-D-mannopyranose.

Hình 2.6 Xanthan gum (H.-D. Belitz, W. Grosch và P. Schieberle, 2009)

11

Xanthan được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm vì những đặc tính quan trọng
sau đây: hòa tan trong nước nóng hoặc lạnh, độ nhớt dung dịch cao tại nồng độ thấp,
không có sự thay đổi độ nhớt dung dịch trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 100 °C, , hòa
tan và ổn định trong axit, khả năng tương thích với muối, khả năng ổn định nhũ tương,
và dung dịch ổn định tốt khi đông lạnh và rã đông (BeMiller và Whistler, 1996).
Xanthan gum ổn định trong điều kiện kiềm và axit, ở pH 1-13 độ nhớt của dung
dịch hầu như không thay đổi, ở pH 9 hoặc lớn hơn xanthan bị diacetyl hóa dần dần
nhưng ít ảnh hưởng đến tính chất của dung dịch (B. R. Sarma và ctv, 2006).
Ảnh hưởng của chất điện phân đến dung dịch xanthan phụ thuộc vào nồng độ
của xanthan, ở nồng độ 0,15% nếu thêm chất điện phân vào sẽ làm giảm độ nhớt ít, ở
nồng độ xanthan cao hơn thì chất điện phân sẽ ảnh hưởng ngược lại. Độ nhớt của dung
dịch xanthan đạt cao nhất khi chất điện phân ở 0,02%-0,07% NaCl, vượt qua mức này
thì thêm muối cũng không ảnh hưởng đến độ nhớt của xanthan. Magiê và canxi đều có
ảnh hưởng tương tự đến độ nhớt của xanthan. Chỉ duy nhất ở pH cao (pH>10) xanthan
có xu hướng hình thành gel với sự hiện diện của cation hóa trị 2. Đối với cation hóa trị
3 gel được hình thành ở pH axit hoặc trung tính (B. R. Sarma và ctv, 2006).
2.2.3.2 Ứng dụng của xanthan gum
Ứng dụng thực tế quan trọng của xanthan gum dựa trên khả năng làm bền nhũ
tương và ổn định khả năng lơ lửng của các hạt nhỏ. Do có tính bền nhiệt độ cao nên
xanthan gum được sử dụng nhiều trong các loại đồ hộp. Xanthan gum cũng được sử
dụng trong bánh pudding ăn liền.
Tính chất của hệ giả dẻo (được tạo nên do sự liên kết nội phân tử bên trong các
sợi xanthan gum riêng rẽ để tạo thành các cuộn ngẫu nhiên “ random coil”) được sử
dụng trong nước xốt salad: dung dịch có độ nhớt cao khi không chịu tác dụng của lực
và giảm độ nhớt nhanh thành dạng chảy lỏng khi chịu tác dụng của lực (H.-D. Belitz,
W. Grosch và P. Schieberle, 2009).
2.2.4 Agar
2.2.4.1 Cấu trúc và tính chất của agar
Agar là một loại polysaccharide được tách từ rong biển (thuộc nhóm tảo đỏ
Rhodophyceae) như Gelidium sp., Pterocladia sp., Gracilaria sp. Đây là phức hợp

polysaccharide mà thành phần chính là agarose và agaropectin.
12


Thành phần chính của mạch polysaccharide là β-D-galactopyranose và 3,6anhydro-α-L-galactopyranose liên kết β-1,4 và α-1,3.

Hình 2.7 Cấu trúc của phân tử agar (H.-D. Belitz, W. Grosch và P. Schieberle, 2009)
Mạch polysaccharide được ester hóa ở mức độ thấp với axit sulfuric. Trong
mạch agarose cứ sau 9 đường galactose thì đường thứ 10 lại bị ester hóa; còn trong
mạch agaropectin, tỷ lệ ester hóa cao hơn, ngoài ra còn có mặt axit pyruvic để tạo
thành các gốc 4,6-(1-carboxyethylidene)-D-galactose.
Agar không tan trong nước lạnh, tan nhẹ trong ethanolamin và tan tốt trong
formamide. Đây là chất tạo gel tốt nhất, nó có thể hấp thụ nước rất nhiều nước và tạo
gel nhờ các liên kết hydro ở nồng độ rất thấp (khoảng 0,04%) (H.-D. Belitz, W.
Grosch và P. Schieberle, 2009).
2.2.4.2 Khả năng tạo gel của agar
Khả năng tạo gel và độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ agar và phân tử lượng
trung bình của nó. Dung dịch 1,5% tạo gel ở 32-390C, nhưng không chảy ở nhiệt độ
thấp hơn 60-970C. Sự khác biệt lớn giữa nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ tạo gel, còn
được gọi là sự trễ nhiệt hysteresis là một tính chất riêng đặc trưng của agar (H.-D.
Belitz, W. Grosch và P. Schieberle, 2009).
Agar là keo ưa dung môi. Nếu đặt agar trong môi trường nước lạnh agar sẽ
trương và hấp thụ một lượng lớn nước tạo thành bọng nước được phân bố bên trong
agar và mỗi tiểu phân agar trở nên tích diện trong lớp vỏ điện tích âm. Các cấu tử hỗn
hợp này sẽ phân chia pha: agar ở pha liên tục và nước ở pha phân tán. Khi đưa nhiệt độ
lên cao lớn hơn 900C, agar trở thành pha phân tán và nước là pha liên tục, lúc này hình
thành một sol bao gồm những tiểu phân mixen, ở giữa mixen là phân tử agar. Khi hạ

13

nhiệt độ xuống 35 0C các hạt mixen được bao bọc xung quanh một lớp nước liên kết
lại tạo thành gel dẫn đến sự phân bố lại điện tích trên bề mặt của mixen.
Đối với agaropectin, do este sunfat ưa nước nên nhóm sunfat có xu hướng tự
trộn lẫn với phân tử nước. Ngược lại, đối với agarose, trong đó các cấu oxy của 3,6anhydro-α-L-galactopyranose kị nước có xu hướng tự sắp xếp đối mặt với những cầu
oxy khác và loại trừ nước ra khỏi chúng, vì vậy chúng hình thành một mạng lưới mà
trong đó các cấu tử nước bị đẩy ra ngoài và do đó tạo nên yếu tố gel hóa. Vì vậy khi số
lượng este sunfat giảm và 3,6-anhydro-α-L-galactopyranose tăng, xu hướng hình thành
gel tăng và ngược lại. Các liên kết hydro nội và giữa phân tử là những yếu tố tạo gel
với nhiệt độ cao (600C) và vì những phân tử polyme liên kết chặt cho nên chúng không
hòa tan trong nước lạnh, mặt ngoài được bao quanh bởi cacbon kỵ nước và nguyên tử
hydro.
Khi dịch agar được làm lạnh, các mạch xoắn có xu hướng tự nhóm lại thành
những nhóm kỵ nước, nghĩa là những cầu nối oxy của 3,6-anhydro-α-Lgalactopyranose tự sắp xếp đới mặt nhau, quay về hướng bên trong. Sự sắp xếp này
hình thành mạng lưới sơ cấp của sự tạo gel và thiết lập giữa mạch các liên kết hydro
làm bền vững toàn bộ mạng lưới (Nguyễn Văn Khôi, 2006).
2.2.4.3 Ứng dụng của agar
Những ứng dụng của agar trong thực phẩm dựa trên các tính chất sau: không
tiêu hóa được, có khả năng tạo gel bền nhiệt, có khả năng nhũ hóa và làm bền. Agar có
khả năng tạo màng có độ bền cơ học cao và trong suốt.
Agar được dùng thay thế pectin trong mứt quả, thay gelatin trong các sản phẩm
thịt cá, dùng làm môi trường rắn nuôi cấy vi sinh vật.
Agar thường được sử dụng cùng với gum tragacanth, locust bean gum hay
gelatin trong đồ tráng miệng đông lạnh. Ở nồng độ từ 0,1-1%, nó là chất ổn định trong
sữa chua uồng, nhiều loại phomai, kẹo và bánh ngọt, cung cấp cấu trúc gel cần thiết
trong các đồ hộp thịt. Cuối cùng, agar được dùng rộng rãi trong các thực phẩm ăn
kiêng, đồ tráng miệng và sản phẩm ngũ cốc ăn liền (H.-D. Belitz, W. Grosch và P.
Schieberle, 2009).

14

2.2.5 Pectin
2.2.5.1 Cấu trúc và tính chất của pectin
Pectin là polimer của α-D-galacturonic axit nối với nhau nhờ liên kết α-1,4,
ngoài ra trong thành phần mạch chính của pectin còn có các gốc đường rhamnose nằm
xen kẽ hay liền kề nhau. Pectin cũng chứa một lượng nhỏ D-galactan, arabinan và một
lượng ít hơn fucose và xylose. Các gốc carboxyl của axit galacturonic trong mạch
pectin bị ester hóa với methanol, còn các gốc –OH ở C2 và C3 có thể bị acety hóa với
tỷ lệ thấp.

Hình 2.8 Cấu trúc của pectin (Nguyễn Văn Khôi, 2006)
Người ta chia chia pectin làm các loại sau đây:(Nguyễn Phước Nhuận và ctv, 2007)
•

Pectic axit: đó là các polygalacturonic axit không có nhóm carboxyl bị methyl

hóa.
•

Pectinic axit: là polygalacturonic axit có một phần nhóm carboxyl bị methyl

hóa, các nhóm methyl này có thể bị tách ra bởi enzyme pectin esterase.
•

Pectin hòa tan: đó là axit pectinic có một số lớn nhóm methyl có khả năng làm

đông thành keo các dung dịch đường nồng độ cao khi có mặt các axit hữu cơ. Tính
chất này được sử dụng trong kỹ nghệ bánh kẹo khi sản xuất mứt, nước quả, jam,
jelly.

•

Pectin không tan: được tạo thành từ chuỗi dài dài axit pectinic. Trong

protopectin axit polygalacturonic liên kết với chất khác như cellulose, galactan,
araban, tinh bột…

15


2.2.5.2 Khả năng tạo gel của pectin
Các pectin nổi bật nhất nhờ khả năng tạo của chúng. Nó quan trọng không chỉ
bởi ứng dụng trong công nghiệp sản phẩm thực phẩm mà còn trong những kiến thức
chung về cơ chế tạo gel.
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tạo gel của pectin đã được nghiên cứu bởi
nhiều tác giả. Có thể chứng minh rằng mạch càng dài càng dễ tạo gel, được đo bằng
cách xác định nồng độ tối thiểu có khả năng tạo gel hay nhờ đo độ chắc của gôm của
một dung dịch pectin nhất định. Tính axit của dung dịch, sự có mặt của các cation vô
cơ và đặc biệt là mức độ este hóa của các nhóm cacboxyl và các yếu tố khác được xem
xét. Quá trình tạo gel thuận lợi nhờ thêm aicd, đường hay glyxerin và các dung dịch
đóng rắn ở 250C nhanh hơn là ở nhiệt độ 100C. Bổ sung aicd làm giảm sự ion hóa của
các nhóm cacboxyl tự do; điều này tạo điều kiện thuận lợi cho sự tiếp xúc giữa các đại
phân tử có sợi do do các ion cacboxyl tích điện âm nên đẩy nhau. Thêm đường hay
glyxerin có thể gây nên một số quá trình dehydrat hóa của pectin nhờ đó tạo thuận lợi
cho sự tiếp xúc giữa các mảnh. Cuối cùng, nhiệt độ trung bình tạo thuận lợi cho tiếp
xúc giữa các mạch, do tại nhiệt độ trung quá thấp sự di chuyển của các phân tử quá
chậm (nhiệt độ quá cao thường ức chế sự tạo gel).
Khả năng tạo gel của pectin phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố: chiều dài của
chuỗi pectin và mức độ metyl hóa. Chiều dài phân tử quyết định đến độ cứng của gel.
Tại pH 3 hoặc khi có mặt ion Ca2+ tại những giá trị pH cao hơn, pectin tạo

thành gel thuận nghịch. Khả năng tạo gel của pectin tỷ lệ thuận với trọng lượng phân
tử và tỷ lệ nghịch với mức độ ester hóa. Để tạo thành gel, pectin có mức độ ester hóa
thấp cần giá trị pH thấp cần giá trị pH thấp và/ hoặc phải thêm vào ion canxi, tuy nhiên
nó có thể tạo gel khi có mặt hàm lượng đường tương đối thấp. Pectin có mức độ ester
hóa cao đòi hỏi lượng đường cao hơn, và cần thời gian dài hơn để tạo gel. Nếu phân tử
pectin có chiều dài quá thấp thì nó sẽ không tạo được gel mặc dù sử dụng liều lượng
cao.
Tuỳ thuộc vào chỉ số metoxy cao (>7%) hoặc thấp (3-5%) ở phân tử pectin mà
kiểu kết hợp giữa chúng sẽ khác nhau trong việc tạo gel. Khi pectin có chỉ số metoxy
cao mức độ hydrat hóa có thể giảm thấp nhờ thêm đường còn độ tích điện sẽ giảm nhờ
thêm ion H+ hoặc đôi khi chính nhờ độ axit của quả chế biến. Trong trường hợp này
16