Bước đầu nghiên cứu sản xuất carrageenan từ trong sụn kappaphycus alvarezii
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.62 MB, 87 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT
CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN KAPPAPHYCUS
ALVAREZII
Ngành:
CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Giảng viên hướng dẫn: Th.S. NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Sinh viên thực hiện :
MSSV: 107111174
NGUYỄN THỊ THU
Lớp: 07DSH4
TP. Hồ Chí Minh, 2011
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Chương
Trang
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
v
DANH MỤC CÁC BẢNG
vi
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
viii
MỞ ĐẦU
1
Chương 1: TỔNG QUAN
3
1.1.GIỚI THIỆU VỀ RONG SỤN
3
1.1.2.Nguồn gốc
3
1.1.3.Đặc điểm sinh học của rong sụn
4
1.1.3.1.Hệ thống phân loại của rong sụn
4
1.1.3.2.Đặc điểm hình thái, cấu tạo
4
2.1.5.Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của rong sụn.
6
2.1.5.1.Thành phần hóa học
1.1.5.2.Giá trị dinh dưỡng của rong sụn
1.1.6.Tình hình phát triển rong sụn trên thế giới và trong nước.
6
10
1.2.GIỚI THIỆU CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN
14
1.2.1.Lịch sử phát hiện
14
1.2.2.Giới thiệu về carrageenan
14
1.2.2.1.Kết cấu đơn vị
1.2.3.Tính chất của carrageenan
14
9
18
1.2.3.1.Tính chất hóa lý
1.2.3.2.Tính chất tạo gel
1.2.3.3.Tính chất hóa học
1.2.4.Ứng dụng của carrageenan
18
21
22
31
1.2.4.1.Ứng dụng trong công nghiệp bơ sữa
1.2.4.2.Ứng dụng trong các ngành thực phẩm khác
1.2.4.3.Các ứng dụng trong kĩ thuật
1.2.4.4.Ứng dụng trong mỹ phẩm và kem đánh răng
1.2.4.5.Ứng dụng trong y, dược học
Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
32
33
35
35
36
38
2.1.THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM
38
2.2.1.Đối tượng nghiên cứu
38
2.2.2.Thiết bị-dụng cụ
38
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
iii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
2.2.3.Hóa chất
38
2.3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
39
2.3.1.Sơ đồ tách chiết carrageenan từ rong sụn
39
2.3.2.Phương pháp xác định độ ẩm .
41
2.3.4.Phân tích các chỉ tiêu
45
2.3.1.1.Xác định hàm lượng protein của carrageenan bằng phương pháp
Bradford.46
2.3.1.2.Xác định hàm lượng carrageenan
47
2.3.1.3.Xác định hàm lượng sulfate
49
2.3.1.4.Xác định hàm lượng carbohydrate
51
2.3.1.5.Xác định hiệu suất thu hồi sản phẩm
52
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
53
3.1.Xác định độ ẩm nguyên liệu
53
3.2.Xác định hàm lượng protein tổng tổng
53
3.3.Xác định hàm lượng protein
54
3.4.Xác định hàm lượng carrageenan
56
3.5.Xác định hàm lượng sulfate
58
3.6.Xác định hàm lượng carbohydrate
60
3.7.Xác định hiệu suất thu hồi sản phẩm
62
3.8.Đánh giá chất lượng sản phẩm
63
Chương 4:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1.KẾT LUẬN
4.2.KIẾN NGHỊ
64
64
65
TÀI LIỆU THAM KHẢO
66
PHỤ LỤC
71
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
iv
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
i-carrageenan:
iota-carrageenan
k-carrageenan:
kapa-carrageenan
λ-carrageenan:
lamda-carrageenan
TN :
thí nghiệm
Đơn vị G:
3-β-D-galactose
Đơn vị D:
4-α-D-galactose
đơn vị DA:
4-3,6-anhydro-α-D-galactose
D6s:
α-glactose-6 sulfate
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
v
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của rong sụn ..................................................... 4
Bảng 1.2. Sự thay đổi hàm lượng protein theo các tháng trong năm ................ 8
Bảng 1.3. Sản lượng rong sụn trên thế giới năm 2001 .................................... 10
Bảng 1.4. Sản lượng rong sụn của các nước ............................................. 13
Bảng 1.5. Một số loài rong đỏ chứa carrageenan ............................................ 25
Bảng 1.6. Cơ cấu thị trường tiêu thụ carrageenan năm 2001 .................... 31
Bảng 1.7. Các ứng dụng điển hình của carrageenan trong thực phẩm bánh kẹo .
.......................................................................................................................... 34
Bảng 2.1. Chế độ nấu chiết .............................................................................. 40
Bảng 2.2. Bảng số liệu dựng đường chuẩn albumin ....................................... .47
Bảng 2.3. Các bước chuẩn bị mẫu phân tích hàm lượng protein .................... 47
Bảng 2.4. Số liệu dựng đường chuẩn carrageenan .......................................... 49
Bảng 2.5. . Các bước chuẩn bị mẫu phân tích hàm lượng carrageenan ........... 49
Bảng 2.6. Số liệu dựng đường chuẩn sulfate ................................................... 51
Bảng 2.7. Các bước chuẩn bị mẫu phân tích hàm lượng sulfate .................... 51
Bảng 2.8. Số liệu dựng đường chuẩn carbohydrate ......................................... 52
Bảng 2.9. Các bước chuẩn bị mẫu phân tích hàm lượng carbohydrate .......... 53
Bảng 3.1. Độ ẩm nguyên liệu........................................................................... 54
Bảng 3.2. Hàm lượng protein ........................................................................... 54
Bảng 3.3. Hàm lượng protein của carrageenan ................................................ 55
Bảng 3.4. Hàm lượng carrageenan của rong sụn ............................................. 57
Bảng 3.5. Hàm lượng sulfate của carrageenan ................................................ 59
Bảng 3.6. Hàm lượng carbohydrate ................................................................. 61
Bảng 3.7. Hiệu suất thu hồi carrageenan ......................................................... 63
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
vi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 3.1. Biểu đồ biểu diễn hàm lượng protein của carrageenan .............. 56
Biểu đồ 3.2. Biểu đồ biễu diễn hàm lượng carrageenan .................................. 58
Biểu đồ 3.3. Biểu đồ biễu diễn hàm lượng sulfate của carrageenan ................ 60
Biểu đồ 3.4. Biểu đồ biểu diễn hàm lượng carbohydrate của carrageenan ..... 62
Biểu đồ 3.5. Biểu đồ biểu diễn hiệu suất thu hồi của carrageenan .................. 63
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
vii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Rong sụn Kappaphycus alvarezii ..................................................... .6
Hình 1.2. Cấu tạo của carrageenan .................................................................... 8
Hình 1.3. Doanh thu từ các hydrocolloid năm 1978 và năm 1993 ................. .12
Hình 1.4. Kết cấu của Carrageenan ................................................................. 15
Hình 1.5. κ-carrageenan .................................................................................. 16
Hình 1.6. i-carrageenan ................................................................................... 17
Hình 1.7. λ-carrageenan .................................................................................. 17
Hình1.8.Tương tác tĩnh điện các nhóm sulfate của carrageenan và casein ..... 20
Hình 1.9. Các hình thức liên kết của carrageenan với protein ....................... .20
Hình 1.10. Tác dụng của nhiệt độ đối với cơ chế chuyển đổi dung dịch sang
gel ..................................................................................................................... 22
Hình 1.11.Quá trình chuyển hóa của carrageenan trong môi trường kiềm
mạnh. ................................................................................................................ 23
Hình 1.12. Các ứng dụng của carrageenan ...................................................... 25
Hình 1.13. Đa dạng hóa các sản phẩm từ rong sụn và sản phẩm cuả nó ........ .37
Hình 2.1. Tủ sấy
................................................................................... 42
Hình 2.2. Nồi hút ẩm
................................................................................... 42
Hình 2.3. Màu trước chuẩn độ ......................................................................... 44
Hình2.4. Màu sau chuẩn độ ............................................................................. 44
Hình 2.5. Phân tích các chỉ tiêu methylen blue ............................................... 46
Hình 2.6. Cấu trúc của methylen blue.............................................................. 48
Hình 3.1. Sự hiện màu phản ứng xác định hàm lượng protein ........................ 55
Hình 3.2. Sự hiện màu phản ứng xác định hàm lượng carrageenan ................ 57
Hình 3.3. Sự hiện màu phản ứng xác định hàm lượng sulfate ........................ 59
Hình 3.4. Sự hiện màu phản ứng xác định hàm lượng carbohydrate .............. 61
Hình 3.5. Sản phẩm carrageenan dạng khô ..................................................... 64
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
viii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
ix
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới, với chiều dài bờ biển
hơn 3260 km và có nhiều nhánh sông, vùng triều, các vùng vịnh, đầm phá... đây là
điều kiện rất thuận lợi cho sự phát triển đa dạng của các sinh vật biển. Một trong
những loài góp phần vào sự đa dạng này là loài rong biển. Ở Việt Nam đã có gần
800 loài rong biển thuộc tất cả bộ phận của các ngành rong đã được công bố trên thế
giới [16].
Rong biển thuộc vào loại tài nguyên quý hiếm, có giá trị về mặt kinh tế và đã
được khai thác nhiều năm nay để phục vụ cho những mục đích khác nhau. Trong
rong biển có chứa các polysaccharide (agar, alginate...) là những thành phần quan
trọng rất có giá trị....Tuy nhiên polysaccharide quan trọng nhất chính là
carrageenan. Nhờ vào các tính chất đặc trưng của carrageenan như có độ bền cơ học
cao, có khả năng tạo gel ở nồng độ thấp, có độ nhớt cao dễ tạo màng và có tính nhũ
hóa cao, các hoạt tính kháng viêm và chống lão hóa, có thể giải độc chữa các bệnh
mãn tính,... nên carrgeenan được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế như
công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, y dược...và ứng dụng trong cả các ngành kĩ
thuật.
Carrageenan là polysacchride được chiết xuất từ rong đỏ, đặc biệt là rong sụn.
Ngoài ra, rong sụn còn có các tính ưu việt về hàm lượng các nguyên tố hữu ích
(Mg, Cu, Fe...) và một số thành phần khác như protein, vitamin, glucid...Chính vì
vậy, nhiều nước trong khu vực và trên thế giới như Philippin, Indonesia,
Tazania...đã dầu tư và nghiên cứu cho sản xuất loài rong này [11, 13,15]. Từ đó việc
sản xuất carrageenan đã nhanh chóng phát triển trên thế giới, sản lượng hàm năm
tăng lên rõ rệt [16].
Hiện nay sản lượng rong thu được của chúng ta chủ yếu mới được dùng cho
xuất khẩu thô, dưới dạng rong khô. Trong khi đó một số ngành sản xuất tiêu dùng,
các ngành công nghiệp trong nước phải nhập từ nước ngoài các sản phẩm như
carrageenan để phục vụ cho sản xuất.
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Với những lý do trên, đối với nước ta việc nghiên cứu thu nhận các nguồn lợi
từ rong biển có ý nghĩa to lớn về khoa học cũng như thực tiễn, đặc biệt là
polysaccharide từ rong biển. Do đó cần nghiên cứu để tiến tới sản xuất các
polysaccharide này ở quy mô công nghiệp phù hợp với nền kinh tế quốc dân.
2.
Mục đích nghiên cứu
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình tách chiết rong sụn, nhằm tìm ra
quy trình công nghệ thích hợp để có thể sản xuất ra carrageenan có hiệu suất và chất
lượng tốt nhất.
Chính vì vậy mà tôi chọn tên đề tài: "Bước đầu nghiên cứu sản xuất
carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii".
3.
Nội dung nghiên cứu
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kiềm lên hàm lượng và chất lượng của
carrageenan.
Khảo sát nhiệt độ và thời gian nấu chiết lên hàm lượng và chất lượng của
carrageenan.
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1.
GIỚI THIỆU VỀ RONG SỤN
1.1.1.
Phân bố
Kappaphycus là chi thuộc nhóm carragenophyte quan trọng phân bố Philippin,
vùng nhiệt đới châu Á và khu vực Tây Thái Bình Dương.
Kể từ khi du nhập vào nước ta năm 1993 cây rong sụn tỏ ra thích hợp với khí
hậu Việt Nam, đặc biệt là các tỉnh miền Trung.
Trước đây loài rong sụn Kappaphycus alvarezii đang được di giống trồng thử
nghiệm ở một số vùng biển như Cát Bà (Hải Phòng), Vân Đồn (Quảng Ninh) [5].
Hiện nay rong sụn được trồng rộng rãi ở một số vùng trong tỉnh Ninh Thuận
và các tỉnh khác như Khánh Hòa, Phú Yên, Phú Quốc, Bình Thuận.
1.1.2.
Nguồn gốc
Rong sụn có nguồn gốc từ Philippin. Tháng 2 năm 1993 trong chương trình
hợp tác khoa học Việt Nam và Nhật Bản phân viện khoa học vật liệu Nha Trang đã
nhập về Việt Nam một bụi rong sụn 240g. Tháng 10 năm 1993 với sự giúp đỡ của
viện nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Nha Trang, trung tâm khuyến ngư Ninh
Thuận đã nhận 5 kg rong sụn về trồng thử nghiệm tại đầm Sơn Hải..
Ban đầu chỉ có khoảng 15 hộ trồng rong sụn đến nay con số đó đã lên đến 500
hộ với tổng diện tích là 6000 ha diện tích mặt nước. Khi tỉnh Ninh Thuận thành
công trong việc trồng rong sụn một số địa phương khác cũng học hỏi làm theo. Vì
vậy có thể khẳng định rằng rong sụn là đối tượng phù hợp nhiều loại hình mặt nước
được đánh giá là có nhiều ưu điểm so với một số loài rong biển hiện có ở địa
phương.
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.1.3.
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Đặc điểm sinh học của rong sụn
1.1.3.1.
Hệ thống phân loại của rong sụn
Rong sụn kappaphycus alvarezii (Doty), có tên thương mại là Cottonii, kí hiệu
là KA thuộc [4, 5, 9]
Ngành: Rhodophyta
Lớp: Rhodophyceae
Phân lớp: Florideophycidae
Bộ: Gigartinales
Họ: Areschougiaceae
Chi: Kappaphycus
Loài: Alvarezii
Hình 1.1. Rong sụn
Kappaphycus alvarezii
1.1.3.2.
Đặc điểm hình thái, cấu tạo
Hình thái
Thân dạng trụ tròn, đường kính thân chính có thể đạt tới 20 mm, phân
nhánh rậm rạp kiểu tự do không theo quy luật, đỉnh nhánh nhọn.
Màu lục vàng hay lục thẫm
Tản rong giòn dễ gãy khi tươi, có tập tính bò lan hoặc mọc thẳng, có ba
dạng tản [4] :
-
Dạng vô tính mang 2n nhiễm sắc thể.
-
Dạng đơn bội mang 1n nhiễm sắc thể.
-
Dạng lưỡng bội (hợp tử 2n) rất nhỏ, ký sinh trên tản giao tử cái.
Thể chất trơn nhớt keo sụn, khi khô thành sợi cứng như sừng.
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Từ trọng lượng 100g ban đầu sau một năm rong sụn có thể tăng trưởng thành
bụi rong, nặng 14-16 kg. Rong sụn có tốc độ tăng trưởng tới 10%/ngày.
Cấu tạo
Cấu tạo trong của rong sụn gồm nhiều hàng tế bào có kích thước khác nhau: tế
bào trụ, tế bào vây trụ, tế bào bì [5].
1.1.4
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của
rong sụn.
Độ mặn
Rong sụn là loài ưa mặn, chỉ sinh trưởng và phát triển tốt ở vùng nước có độ
mặn cao (28-32 ‰, ở độ mặn thấp(18-20 ‰). Rong sụn chỉ có thể tồn tại trong thời
gian ngắn (5-7 ngày) và nếu kéo dài thêm thì rong sẽ ngừng phát triển và dẫn đến
tàn lụi.
Dòng chảy và lưu thông nước
Rong phát triển tốt ở vùng nước thường xuyên trao đổi và luân chuyển (tạo ra
dòng chảy, dòng triều hay sóng gió bề mặt). Nước bị tù hay sự di chuyển kém làm
cho tốc độ của rong sụn phát triển chậm lại, đặc biệt nếu kết hợp với nhiệt độ cao,
chất huyền phù trong nước lớn, hàm lượng các muối dinh dưỡng trong nước thấp sẽ
dẫn đến sự tàn lụi của rong một cách nhanh chóng.
Nhiệt độ
Rong sụn sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 200C trở lên. Nhiệt độ thích hợp cho rong
sụn phát triển và sinh trưởng nằm trong khoảng 25-280C [27], nhiệt độ cao hơn 30
hay thấp hơn 20 sẽ ảnh hưởng không tốt đến sự phát triển của rong, nhiệt độ của
nước cao (32-340C) tốc độ phát triển của rong thấp, bình quân đạt từ 2-3% / ngày,
nếu nhiệt độ thấp hơn 15-180C rong ngừng phát triển.
Cường độ ánh sáng
Yêu cầu ánh sáng của rong sụn không cao, thích hợp nhất là khoảng 30.00050.000 Lux, ánh sáng cao quá hay thấp quá đều ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát
triển của rong.
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Yêu cầu dinh dưỡng
Trong điều kiện nhiệt độ không quá cao (< 30) cường độ chiếu sáng vừa
phải(12.000Lux), nhu cầu của rong sụn với N không cao (chỉ hấp thụ 21% lượng
N). Song trong điều kiện nhiệt độ cao (33-34), cường độ ánh sáng cao (>12.000
Lux), nhu cầu của rong sụn cao lên rõ rệt (hấp thụ tới 57.8 % lượng N).
Đối với nguồn P nhu cầu của rong sụn đều cao (hấp thụ 85,3%- 89.2% lượng
phospho) ở cả nhiệt độ và cường độ ánh sáng cao và thấp.
1.1.5.
Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của rong sụn.
1.1.5.1.
Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của rong sụn luôn thay đổi phụ thuộc vào trạng thái sinh
lý, thời gian sinh trưởng điều kiện sống (cường độ bức xạ, thành phần hóa học của
môi trường).
Trong rong sụn, hàm lượng nước chiếm 77-91% còn lại vài phần trăm chất là
khô. Trong chất khô chứa chủ yếu là: Glucide, protein, chất khoáng, lipit, sắc tố,
enzyme...[12, 14].
Trong thành phần protein của rong có chứa 11 acid amin với hàm lượng khá
cao, trong đó có 5 acid amin không thay thế. Vì vậy protein của rong sụn có giá trị
dinh dưỡng khá cao. Hàm lượng tro của rong sụn cũng đáng kể.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của rong sụn.
Thành phần hóa học trong chất khô
% khối lượng
Glucide
44-45%
Chất khoáng
20%
Protein
5-22%
Thành phần hóa học khác
13-35%
a.
Nước
Nước chiếm tỉ lệ khá cao trong các thành phần của cơ thể sinh vật, trong rong
biển tỉ lệ đó càng lớn hơn. Trong các kết quả đã phân tích ở các loài rong đã được
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
nghiên cứu, hàm lượng nước rong sụn chiếm khoảng 77-91 %. Tỉ lệ nước giảm dần
theo thời gian sinh trưởng, ở giai đoạn tích lũy các chất dinh dưỡng nước đạt
khoảng 79%, ở rong khô hàm lượng nước 18-20%.
b.
Glucide
Glucide bao gồm: Monosacharide và disaccharide và polysaccharide.
Mannoza
Ở trạng thái kết hợp với acid glyceric và natri tạo hợp chất là disaccarit tỉ lệ là
15%.
Polysaccharide:
-
Agar
Agar là polysaccharide có trong tế bào vây trụ của rong. Hàm lượng agar trung
bình của rong trên thế giới dao động từ 20 -40%. Trong khi đó thì rong của Việt
Nam chứa từ 24 -45% khối lượng rong khô.
-
Carrageenan
Carrageenan là polysaccharide có trong rong sụn [16,40]. Carrageenan có tính
chất tương tự agar. Dịch keo carrageenan có thể đông thành thạch như agar nhưng ở
nồng độ cao hơn agar. Thạch carrageenan có nhiệt độ nóng chảy cao hơn thạch agar
[3]. Carrageenan cấu tạo từ các gốc D-galactose và 3,6-anhydro D-galactose. Các
gốc này liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 và 1,3 luân phiên nhau. Các gốc Dgalactose được sulfate hóa với tỉ lệ cao. Các loại carrageenan khác nhau về mức độ
sulfate hóa.
Galactose ở trạng thái kết hợp với acid glyceride tạo hợp chất không bền có
thể bị chiết xuất bởi ancol cao độ (>90 độ).
Mạch polysaccharide của các carrageenan có cấu trúc xoắn kép. Mỗi vòng
xoắn do 3 đơn gốc disacchride tạo nên.
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Hình 1.2. Cấu tạo của carrageenan[1]
c.
Protein
Hàm lượng protein trong rong sụn dao động trong khoảng 5-22% [3]. Hàm
lượng protein dao động với biên độ khá lớn phụ thuộc vào giai đoạn sinh trưởng, vị
trí địa lý, môi trường sống.
Theo nghiên cứu hàm lượng protein tăng dần theo thời gian sinh trưởng và đạt
giá trị cực đại ở giai đoạn sinh sản
Bảng 1.2. Sự thay đổi hàm lượng protein theo các tháng trong năm [12].
Tháng trong năm
1-2
3-4
5-6
7-8
9-10
11-12
Hàm lượng protein(%)
7.52
9.55
19.15
16.30
16.18
13.19
d.
Lipid
Hàm lượng lipid trong rong sụn không đáng kể nhưng một số nhà nghiên cứu
cho rằng mùi tanh của rong là do lipit gây ra. Đặc điểm của lipide trong rong sụn
phần lớn là nhưng lipid chưa no, vô hại, có steron mà các thực vật khác không thấy
[18].
e.
Sắc tố
Trong rong sụn có chứa một số sắc tố như sắc tố vàng (xanthophyll), sắc tố
xanh lam (phycocyanin), sắc tố diệp lục tố (chlcorophyl). Sắc tố của rong sụn kém
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
bền hơn sắc tố của các loại rong khác, vì vậy loại rong này có thể được tẩy màu
bằng phương pháp tự nhiên là phơi nắng.
f.
Chất khoáng
Hàm lượng chất khoáng trung bình trong rong sụn khoảng 20% trọng lượng
khô. Thành phần chủ yếu của chất khoáng trong rong sụn là Ca, K, S và các nguyên
tố khác như: Mg, Al, Ba, Sn, Fe, Si... Nồng độ iod trong rong sụn nhỏ hơn nhiều so
với rong nâu.
Hàm lượng khoáng phụ thuộc vào điều kiện sống giai đoạn sinh trưởng, rong
sống trong đầm thường có hàm lượng khoáng thấp hơn rong trồng trên biển vì trong
nước biển hàm lượng chất khoáng nhiều hơn nước trong đầm.
g.
Enzyme
Trong rong sụn có thể chiết tách được enzyme protease phân giải protein. Dựa
vào sự hoạt động của protease trong rong sụn trên nhiều cơ chất khác nhau người ta
xếp nó vào enzyme papain hay cathepsin [16]. Ngoài ra trong rong sụn còn chứa
enzyme thủy phân glucide gồm hai loại enzyme oxydase:
-
Một loại chuyển hóa đường đơn thành acid tương ứng như glucose thành
gluconic.
-
Loại thứ 2 chuyển hóa đường thành ozon.
1.1.5.2.
Giá trị dinh dưỡng của rong sụn
Trong rong sụn chứa hàm lượng chất khoáng chất vi lượng (Ca, K, S, Fe...)
cùng một số acid amin cần thiết và nhiều vitamin quan trọng như
vitaminA,vitaminC, vitaminB12... Thực tế khoa học đã chứng minh rằng rong biển
đã hấp thụ từ biển hơn 90 loại chất khoáng với hàm lượng muối thấp và hàm lượng
Ca cao chính vì lẽ đó mà rong sụn được ưu tiên hành đầu đối với những người bị
cao huyết áp.
Rong sụn có thành phần chủ yếu là carrageenan chiếm 40%-55%. Carrageenan
có trong thành phần của các loại rong đỏ, lượng chất khô có trong rong sụn chất này
có đặc tính liên kết rất tốt các phân tử protein của động thực vật có thể dùng
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
carrageenan với một hàm lượng thích hợp làm phụ gia giò chả để tăng mức độ liên
kết protein của thịt thay thế hàn the.
1.1.6.
Tình hình phát triển rong sụn trên thế giới và trong nước.
1.1.6.1.
Trên thế giới
Trên thế giới, rong sụn đã được biết đến từ rất lâu để tách chiết carrageenan.
Vào những năm 30 quá trình tách chiết carrageenan nguyên chất đã được tiến hành
ở Mỹ. Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, do sự phát triển của các ngành công
nghiệp thực phẩm, nhu cầu carrageenan trên thế giới đã và đang ngày càng tăng lên.
Hình 1.3. Doanh thu từ các hydrocolloid năm 1978 và năm 1993 [22].
Theo những thống kê gần đây (FAO, 1997) sản lượng thu hoạch rong biển
kinh tế trên thế giới đạt 7 triệu tấn tươi/năm, còn theo CEVA (AlgoRythme, 2000)
là 8 triệu tấn. Trong số đó khoảng 20% được dùng để sản xuất ra các loại keo rong
biển alginate, agar và carrageenan, chế biến thức ăn cho vật nuôi và làm phân bón,
số còn lại chủ yếu được dùng làm thức ăn cho người (Ohno và Critchley, 1997).
Doanh thu hàng năm từ kinh tế rong biển trên thế giới ước khoảng trên 5 tỷ USD.
Carrageenan được ứng dụng trong công nghiệp đầu tiên vào năm 1940 như là
chất làm bền nhũ tương cho chế biến kẹo sữa sôcôla. Nhưng vì nhanh chóng được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nên sản lượng hàng năm của carrageenan trên
thế giới tăng lên rõ rệt. Năm 1992 là 10.000 tấn, năm 1996 là 20.000 tấn, năm 1997
là 26.000 tấn. Trong năm 2000, riêng châu Á sản xuất 33.000 tấn. So với các
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
polysaccharide khác, carrageenan có giá trị thương phẩm lớn nhất (triệu USD)
carrageenan-263, agar-200, pectin-147, alginat-130, guar-77 [16].
Hiện nay công nghiệp sản suất carrageenan không chỉ phát triển ở các nước
Mỹ, Tây Âu mà còn phát triển mạnh ở các quốc gia Châu Á, trong đó phải kể đến
Trung Quốc, Nhật Bản, Philippine... Đặc biệt là các vùng biển nước như Philipine,
Indonesia, Brazil, New Zealand có điều kiện thuận lợi cho các loài rong đỏ phát
triển... Cũng chính vì vậy, Philipine là đất nước có thị phần carrageenan cao nhất,
chiếm 80 % trên thế giới. 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.
Ngày nay, người ta biết thêm nhiều loại rong có khả năng sản xuất
carrageenan. Những nghiên cứu chi tiết về loài rong này đã cho phép người ta có
thể trồng ở trên quy mô lớn và do đó đáp ứng được nhu cầu nguyên liệu cho ngành
công nghiệp sản xuất carrageenan.
Theo thống kê trong vòng 25 năm qua, nhu cầu carrageenan trên thế giới tăng
bình quân 5-7%/năm và dự báo sẽ tiếp tục tăng như vậy trong nhiều năm tới. Nhu
cầu carrageenan cao gấp 3 lần so với alginate và gấp hơn 20 lần so với agar.
Thị trường hiện nay và các công ty sản xuất carrageenan
Nghiên cứu thị trường buôn bán carrageenan trên thế giới cho thấy tốc độ phát
triển sản xuất carrageenan trong thời gian gần đây là 3%/ năm .
Hiện nay trên thế giới có 6 công ty sản xuất cung cấp trên 80% carrageenan.
Có hai loại công ty có thể phân biệt như sau:
Công ty sản xuất polyme sinh học truyền thống, bao gồm:
-
Tổng công ty FMC của MỸ, www.fmcbiopholyme.com.
-
Cp kelco của Mỹ, hình thành năm 2000 qua sự hợp nhất copenhagen
pectin/ food gum đã sát nhập của hercules và nhóm polyme sinh học Kelco của
công ty Mónanto/ pharmacia, www.cpkelco.com.
Các công ty sản xuất các thành phần hoàn thiện
Ngoài carrageenan, các công ty còn tạo các chất như tạo nhũ tương, tạo hương vị.
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Công ty Degussa của Đức, hình thành từ hệ sinh học SKW,
-
www.degussa.com hoặc www.texturantsystems.com
-
Công ty Danisco của Đan Mạch, www.danisco.com
-
Công ty Quest international của Thụy Sĩ, một phần của ICI,
www.questntl.com. [16].
Bảng 1.3. Sản lượng rong sụn trên thế giới năm 2001
Nước
STT
Sản lượng (tấn khô)
1
Indonesia
25.000
2
Philipines
115.000
3
Tazania (Zanzibar)
8.000
4
Khác
1.000
5
Tổng cộng
149.000
Nguồn: H. Porse, CP Kelco ApS, 2002, pers.comm.
Sự phát triển nhanh chóng của ngành rong đã giúp tăng sản lượng rong
nguyên liệu đáp ứng nhu cầu thi trường trong các năm.
Bảng 1.4. Sản lượng rong sụn của các nước (tấn khô/ năm) [34].
TT
Tên nước
1
Philipines
2
Indonesia
55.000
80.000
3
Tazania
10.000
10.000
4
Campuchia
16.000
20.000
5
Việt Nam
1.000
2.000
6
Malaysia
6.000
6.000
7
Ấn Độ
200
1.1.6.2.
năm 2004
110.000
Trong nước
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
năm 2005
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Những năm trước nghề trồng rong sụn vẫn còn hạn chế do người dân chưa
nắm bắt được kĩ thuật trồng rong sụn dẫn đến năng suất thấp. Trong những năm gần
đây rong sụn đang từng bước phát triển mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể cho
người trồng, và đã thu hút rất nhiều hộ dân đầu tư vào trồng rong. Hàng năm người
dân đã cung cấp cho thị trường trong nước và trên thế giới hơn 300 tấn rong.
Hiện nay, nhu cầu rong sụn ở trong nước và trên thế giới đang ngày một tăng.
Các công ty rong biển Việt Nam đã tậ trung thu mua rong biển 1500 tấn/tháng
nhưng thị trường chưa đủ để đáp ứng. Vì vậy trung tâm khuyến ngư của các tỉnh
ven biển,.. có điều kiện thuận lợi cho phát triển ngành rong đã và đang khuyến
khích đầu tư mở rộng diện tích trồng rong sụn, tạo hướng phát triển mới cho ngành
sản xuất và chế biến rong sụn. Sản lượng rong sụn của nước ta năm 2005 khoảng
2.000 tấn rong khô và vẫn còn tiếp tục tăng vào các năm tới.
Gần đây ở nước ta cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về sản xuất
carrageenan ứng dụng thực phẩm:
-
TS Trần Thị Hồng, Nguyễn Bích Thủy, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Xuân
Nguyên (2003). Nghiên cứu tách chiết carrageenan thô và tinh chế phục vụ cho
ngành công nghệ thực phẩm và phi thực phẩm.
-
PGS. TS Trần Thị Luyến giảng viên trường ĐH Thủy Sản Nha Trang
cùng sinh viên Nguyễn Thành Thoại (2007) đã nghiên cứu thành công sử dụng
carrageenan thay thế hàn the trong sản xuất giò chả.
-
TS. Đồng Thị Anh Đào, trường ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh (2007),
nghiên cứu thành công sản xuất bánh, mứt, gia vị... từ rong sụn.
Hiện nay các nhà khoa học cũng đang tập trung nghiên cứu các đặc điểm, tính
chất, thành phần hoá học của rong biển chứa carrageenan để đưa ra quy trình tách
chiết vừa đảm bảo chất lượng vừa có hiệu suất thu hồi cao.
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
1.2. GIỚI THIỆU CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN
1.2.1.
Lịch sử phát hiện
Carrageenan bắt đầu được sử dụng hơn 600 năm trước đây, được chiết xuất từ
rêu Irish moss (loài rong đỏ chondrus crispus) tại một ngôi làng trên bờ biển phía
nam Ireland trong một ngôi làng mang tên Carraghen.
Vào những năm 30 của thế kỉ XX, carrageenan được sử dụng trong công
nghiệp bia và hồ sợi. Cũng trong thời kỳ này những khám phá về cấu trúc hóa học
của carrageenan được tiến hành mạnh mẽ.
Sau này, carrageenan được chiết xuất từ một số loài rong khác như Gigartina
Stelata thuộc chi rong Gigartina. Nhiều loài rong khác cũng được nghiên cứu trong
việc chiết tách carrageenan để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Ngày nay, sản xuất công nghiệp carrageenan không còn giới hạn chỉ tách
chiết từ Irish moss, mà còn rất nhiều loài rong đỏ thuộc ngành rhodophyta đã được
sử dụng, những loài này gọi chung là carrageenophyte. Qua nhiều nghiên cứu đã có
hành chục loài rong biển được khai thác tự nhiên hay nuôi trồng để sản xuất
carrageenan [16].
1.2.2.
Giới thiệu về carrageenan
1.2.2.1.
Kết cấu đơn vị
Carrageenan là một polysaccharide của galactose-galactan. Ngoài mạch
polysaccharide chính còn có thể có các nhóm sulfate được gắn vào carrageenan ở vị
trí và số lượng khác nhau. Carrageenan không phải là một polysaccharide đơn lẻ, có
cấu trúc nhất định mà carrageenan nói chung là một galactan sulfate. Mỗi galactan
sulfate là một dạng riêng của carrageenan và có kí hiệu riêng. Thí dụ: icarrageenan, λ-carrageenan, κ-carrageenan.
Về cấu trúc carrageenan cung như agarose, carrageenan là polysaccharide có
cấu tạo từ galactose và 3,6-anhydrogalactose, nhưng khác agarose ở chỗ là
carrageenan chỉ chứa D- galactose và mức độ sulfate hóa cao hơn, còn agarose chứa
3,6-anhydrose-L-galactose.
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Carrageenan có đơn vị cấu trúc được cấu tạo bởi hai đơn vị hợp phần. Đơn vị
hợp phần có thể là vòng 3-β-D-galactose (đơn vị G), vòng 4-α-D-galactose (đơn vị
D) hoặc vòng 4-3,6-anhydro-α-D-galactose (đơn vị DA) xen kẽ luân phiên nhau
bằng các liên kết α(1
3) và β(1
4). Như vậy cấu trúc của carrageenan
(disaccharide) có thể là (G+D) hoặc (G+DA) [16, 21].
Hình 1.4. Kết cấu của Carrageenan.
1.2.2.2.
Phân loại carrageenan
Carrageenan được phân loại theo hàm lượng 3,6-anhydrogalactose và vị trí
nhóm ester sulfate, tạo nhiều sản phẩm có độ đông khác nhau. Việc thay đổi thành
phần 3,6 - anhydrogalactose sẽ ảnh hưởng đến quá trình hydrat hóa, cấu trúc và độ
bền của chất đông, nhiệt độ đông và nóng chảy. Nhìn chung, carrageenan có ba loại
chính sau:
Kappa carrageenan (κ-carrageenan )
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
κ-carrageenan là một polyme của -(1
(1
4)-3,6-anhydro-α-D-galactopyranose-(1
3)-β-D-galactopyranose-4-sulfate3)-. κ- carrageenan được sản
xuất bằng loại bỏ kiềm từ μ-carrageenan [21, 41].
-
Hoà tan ở nhiệt độ cao.
-
Tạo khối đông (gel) cứng.
-
Độ bền của khối đông tăng lên khi có mặt của muối kali.
Hình 1.5. κ-carrageenan [21].
Iota-carrageenan (i-carrageenan)
i-carrageenan -1
3)-β-D-galactopyranose-4-sulfate(1
α-D-galactopyranose-2-sulfate-(1
4)-3,6-anhydro-
3)-.
i-carrageenan được sản xuất bằng loại bỏ kiềm từ ν-carrageenan[41].
-
Có thể tan một phần ở nhiệt độ thấp.
-
Chỉ hòa tan hoàn toàn khi đun nóng dung dịch.
-
Độ bền của gel tăng lên khi có mặt của muối kali.
-
Hình thành khối đông dẻo và đàn hồi
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
Hình 1.6. i-carrageenan [21].
Lambda carrageenan (λ-carrageenan )
λ-carrageenan có monome hầu hết là -(1
sulfate-(1
4)-α-D-galactopyranose-2 ,6-disulfate-(1
3)-β-D-galactopyranose-23).
λ-carrageenan (tách chiết chủ yếu là từ Gigartina pistillata hoặc Chondrus
crispus) được chuyển thành θ-carrageenan (theta-carrageenan) bằng cách loại bỏ
tính kiềm, nhưng ở một tốc độ chậm hơn nhiều so với việc sản xuất i-carrageenan
và κ-carrageenan.
-
Có thể tan hoàn toàn ở nhiệt độ thấp.
-
Tạo dung dịch có độ nhớt cao mặc dù khong tạo đông.
-
Tương tác với protein tạo sự ổn định cho nhiều sản phẩm.
Hình 1.7. λ-carrageenan [21].
SVTH: NGUYỄN THỊ THU
17
